基于带隙影响的量子阱红外探测器带宽的研究

量子阱红外探测器(QWIP)受到压强、掺杂浓度、温度等多种因素的影响,主要从温度对带隙影响方面进行了研究.以QWIP中的能级公式和能级间的电子跃迁为基础,首先通过GaAs和AlGaAs两种材料的带隙与温度的关系式,得到ΔEg随温度的变化情况;接着利用吸收波长的公式计算出三种跃迁下的吸收波长与温度的关系;最后结合光电流谱...     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的量子阱参数设计

量子阱参数如势阱宽度、势垒高度和阱中的掺杂浓度决定了阱中的能级分布及光学吸收,它和量子阱红外探测器(QWIP)的响应波长、暗电流、响应率、探测率等特性参数密切相关.为了使设计的QWIP达到预期的各种性能指标,对其各参量进行了精心设计.运用量子阱的第一激发态与势垒的高度接近时产生共振效应,进行了量子阱的优化设计,得出垒高和阱宽的关系.另外,根据器件光谱响应的要求,利用传输矩阵法计算出相应的量子阱参数.此设计方法在GaAs/AlGaAs长波-长波双色QWIP中得到了较好的验证.     

AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱增益特性研究

采用Shu Lien Chuang方法计算了AlInGaAs/AlGaAs应变引起价带中重、轻空穴能量变化曲线,在Harrison模型的基础上详细地计算了AlInGaAs/AlGaAs和GaAs/AlGaAs量子阱电子、空穴子能级分布并且进一步研究了这两种材料在不同注入条件下的线性光增益.进一步计算比较可以得出AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱光增益特性要优于GaAs/AlGaAs非应变量子阱增益特性,因此AlInGaAs/AlGaAs应变量子阱半导体材料应用于半导体激光器比传统GaAs/AlGaAs材料更具优势.     

GaInAs/GaAs应变量子阱能带结构的计算

讨论了GaInAs/GaAs应变量子阱结构的应变效应 ,给出了量子阱层的临界厚度随In组份的变化关系。由克龙尼克 -潘纳模型计算了GaInAs/GaAs应变量子阱的量子化能级 ,给出了cl -hhl跃迁对应的发射波长随阱宽和In组份的变化关系曲线 ,并与实验测量的GaInAs/GaAs量子阱的发射波长进行了比较 ,基本一致。与此同时 ,对GaInAs/GaAs应变量子阱向长波长方向的发展也进行了计算分析 ,最后计算研究了应变量子阱中价带子能级及态密度的色散关系     

势垒高度对GaAs/AlxGa1-xAs QWIP光谱特性的影响

为了确定束缚态到准束缚态工作模式QWIP响应波长与势垒高度关系,采用金属有机物化学气相沉积法生长制备势垒高度不同GaAs/AlxGa1-xAs QWIP样品,采用傅里叶光谱仪对样品进行77 K液氮温度光谱测试。结果显示1#,2#样品峰值响应波长与据薛定谔方程得到峰值波长误差为15.6%,4.6%。结果表明:引起量子阱中子带间距离逐渐扩大与峰值响应波长蓝移的根本原因是势垒高度的增加。高分辨透射扫描电镜实验结果表明量子阱材料生长过程精度控制不够及AlGaAs与GaAs晶格不匹配是造成1#样品误差较大的主要原因。说明调节势垒高度可实现QWIP峰值波长微调的目的。     

量子阱红外探测器能带结构的计算

利用电子波在阱与垒的界面上的反射及干涉效应，计算了量子阱红外探测器(QWIP)的能带结构，并对其适用性进行了分析和讨论。通过与K-P模型比较发现，本方法对计算较宽势阱(阱宽大于4nm)的量子阱结构的电子态适合。在垒宽和阱宽不变条件下，用两种方法计算得到的AlGaAs／GaAs量子阱材料中Al组分x与吸收峰值波长λp的关系曲线基本相同。结果说明，在较宽的范围内，本方法对QWIP能带结构的计算是适用且简便的。     

InGaAs／AlGaAs单量子阱激光器低阈值激射

研制了InGaAs/AlGaAs SQW激光器,对其工作特性如阈值电流密度、激射波长、特征温度、远场分布等进行了研究. 用MOCVD方法生长制备了InGaAs/AlGaAs分别限制单量子阱结构材料,得出其各层组分和能带分布.首先在GaAs衬底上生长GaAs缓冲层和AlGaAs波导层,然后生长窄能带的AlGaAs量子阱势垒层,再继续生长InGaAs量子阱有源区.其后继续生长AlGaAs势垒层、高Al组分AlGaAs波导层和GaAs高掺杂欧姆接触层.我们发现在低温范围里(160 K～220 K)阈值电流密度随温度升高而减小,与普通量子阱激光器正相反,表现出负的特征温度.随着温度进一步提高,阈值电流密度表现出指数式增大.300 K下腔长2000 μm的激光器最低的阈值电流密度约为200 A/cm2.(OD7)     

基于MOCVD技术的长波AlGaAs/GaAs 量子阱红外焦平面探测器

采用n型掺杂背面入射AlGaAs/GaAs量子阱结构，用MOCVD外延生长和GaAs集成电路工艺，设计制作了大面积AlGaAs/GaAs QWIP单元测试器件和128×128、128×160、256×256 AlGaAs/GaAs QWIP焦平面探测器阵列。 用液氮温度下的暗电流和傅里叶红外响应光谱对单元测试器件进行了评估，针对不同材料结构，实现了9 μm和10.9 μm的截止波长; 黑体探测率最高达到2.6×109 cm·Hz1/ 2·W-1 。 将128×128 AlGaAs/GaAs QWIP阵列芯片与CMOS读出电路芯片倒装焊互连，成功演示了室温环境下目 标的红外热成像；并进一步讨论了提高QWIP组件成像质量的途径。     

应变GaInNAs/GaAs量子阱光增益特性研究

采用近似方法对GaInNAs材料的能带结构进行了分析,并计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱能级,在此基础上进一步计算了应变GaInNAs/GaAs量子阱的材料光增益谱.对计算结果的分析表明,应变GaInNAs/GaAs量子阱材料是一种可以应用于1 300 nm波段的新型长波长半导体光电子材料.     

宽带3—5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/AlGaAs多量子阱结构,制作成 3—5μm波段的量子阱红外探测器 ,响应峰值波长 λp=4.2μm,响应带宽可达 Δλ/λ=50% ,500K黑体探测率 D*BB(500,1000,1 )达 1.7E10 cm.Hz1/2/W.     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

QUANTUM MECHANICAL MODEL AND SIMULATION OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTO- DETECTOR-Ⅰ OPTICAL ASPECTS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｂｅｅｎａｋｅｙｆａｃｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍｏｒｅｔｈａｎ 4 0 ｙｅａｒｓ .Ｓｉｎｃｅ 1970 ,ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｌｉｋｅＩｎＳｂａｎｄＨｇＣｄＴｅｈａｖｅｂｅｅｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ .Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｍｏｔｉｖａｔｅｄｂｙｓｍａｒｔｔｈｅｒｍａｌｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍｓｉｎｇｌｅｅｌｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｔｏｆｏｃａｌｐｌａｎａｒｒａｙｓ(ＦＰＡｓ)ｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆ 80’ｓ [1].Ｔｏｄａｙ’ｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓｌａｒｇｅｌｙｏｎｆｏｃａｌｐｌａｎａｒｒａｙｓ ,ｅｘｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ,ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓａｎｄｌａｒｇｅｆｏｒｍａｔｓｃａｌｅｄｅｖｉｃｅｓ .ＨｇＣｄＴｅ...     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器特性非对称性分析

在分子束外处生长量子阱材料过程中,分析了在不同的GaAs/AlGaAs异质结生长次序中Ga的解吸附速率不同和量子阱中掺杂的扩散造成量子阱结构的不对称,讨论了GaAs/AlGaAs最子红外探测器的性能参数相对于正负偏压的不对称性,并与金属有机化合物汽相沉淀法生长的最子阱材料和相应器件进行了比较,发现,采用分子束外延方法生长器件的不对称性更明显。     

Growth and characterization of n-type GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetector on GaAs-on-Si substrate

We present in this article device characteristics of molecular beam epitaxy grown GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetectors (QWIP) on a semi-insulating GaAs substrate and on a GaAs-on-Si substrate grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). Important issues for QWIP application such as dark current, spectral response, and absolute responsivity were measured. We find that the detector structure grown on a GaAs-on-Si substrate exhibits comparable dark current and absolute responsivity and a small blue shift in the spectral response. This is the first demonstration of long wavelength GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetector using MOCVD grown GaAs-on-Si substrate and the performance is comparable to a similar detector structure grown on a GaAs substrate.     

MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT

IntroductionSince 1980s,the infrared detector based on inter-subband transitions in quantum well(QW)systems,called the quantum well infrared photoconductor(QWIP),has been studied and developed extensivelyand successfully[1].Quantumwell intermixing(QWI)tec…     

MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AIGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT

Quantum well intermixing techniques modify the geometric shape of quantum wells to allow postgrowth adjustments. The tuning effect on the optical response property of a GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetector (QWIP) induced by the interdifussion of Al atoms was studied theoretically. By assuming an improvement of the heterointerface quality and an enhanced Al interdiffusion caused by postgrowth intermixings, the photoluminescence spectrum shows a blueshifted, narrower and enhanced photoluminescence peak. The infrared optical absorption spectrum also shows the expected redshift of the response wavelength. However, the variation in the absorption peak intensity depends on the boundary conditions of the photo generated carriers. For high-quality QWIP samples, the mean free path of photocarriers is long so that the photocarriers are largely coherent when they transport across quantum wells. In this case, the enhanced Al interdiffusion can significantly degrade the infrared absorption property of the QWIP. Special effects are therefore neededto maintain and/or improve the optical properties of the QWIP device during postgrowth treatments.     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器噪声特性分析

分析了第一激发态在势垒以上的ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ量子阱红外探测器中存在的几种基本噪声,讨论了它们对探测器性能的影响。     

中波-长波红外双色QWIP探测器设计

双色QWIP是一类重要的第三代红外探测器,但很少有研究报道对其有源区结构以及耦合光栅参数进行系统的计算分析和优化设计。文中基于包络函数近似、传输矩阵模型、经典光学原理等理论对中波-长波红外双色QWIP探测器的多周期有源区以及二维耦合光栅进行了较为详细的优化设计。长波红外(LWIR)有源区采用GaAs/AlGaAs准匹配体系的多量子阱结构,峰值响应波长为8.5 m;中波红外(MWIR)有源区采用InGaAs/GaAs/AlGaAs应变体系的微带超晶格结构,峰值响应波长为4.5 m;子带间跃迁类型均设计为束缚态-准束缚态(B-QB)以降低暗电流,提高探测率。此外,通过折衷优化设计,采用单周期二维光栅以有效实现LWIR与MWIR的双色耦合。上述设计对双色QWIP器件的研制具有较好的实际指导意义。     

用PL谱评测多量子阱红外探测器外延材料

对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料进行了光致荧光谱(PL)测量,结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,并由此推算出相应的红外探测响应波长。推算结果与器件光电流实验值的对比表明,由光致荧光谱(PL)测量结果计算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性。     

9-μm cutoff 256×256 GaAs/AlxGa1-xAsquantum well infrared photodetector hand-held camera

A 9-μm cutoff 256×256 hand-held quantum well infrared photodetector (QWIP) camera has been demonstrated. Excellent imagery, with a noise equivalent differential temperature (NEΔT) of 26 mK has been achieved. In this paper, we discuss the development of this very sensitive long wavelength infrared (LWIR) camera based on a GaAs/AlGaAs QWIP focal plane array and its performance in quantum efficiency, NEΔT, minimum resolvable temperature (MRTD), uniformity, and operability