传输矩阵法在多量子阱红外探测器结构设计中的应用

采用传输矩阵法对多量子阱结构导带子能级位置进行理论计算,确定其量子阱宽度、势垒高度等物理参数.用MBE设备进行GaAs/AlGaAs 多量子阱红外探测器结构材料的生长.利用傅里叶变换红外光谱仪对所制作的器件进行了光谱测量,不同外延材料的对比实验结果表明,器件的峰值响应波长与理论计算结果吻合较好;由传输矩阵法计算确定的多量子阱导带子能级位置而推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.     

多量子阱红外探测器衬底减薄工艺研究

GaAs衬底减薄是制作GaAs基多量子阱焦平面红外探测阵列器件工艺中重要的一步,对器件的性能有重要的影响.采用手工和机器减薄抛光相结合的方法,成功地将器件厚度从625μm降为29±2μm.在77K下,得到了器件的光响应,并对实验结果进行了分析,讨论了垂直入射引起器件光吸收的主要原因.     

国外专利介绍

Ⅱ型量子阱中红外光电子器件美国专利US7256417 (2007年8月14日授权)本发明提供一种Ⅱ型量子阱中红外光电子器件.该器件做在InP衬底上,InP衬底上有一个激活区,激活区中有一层InAsN或InGaAsN电子量子阱层和一层GaAsSb或InGaAsSb空穴量子阱层,它们共同构成了一个Ⅱ型量子阱.这种激活区可以用在以相对比较长     

GaAs/Al_xGa_(1-x)As量子阱红外探测器光谱特性的研究

采用MBE法制备了不同结构参数及不同阱中掺杂浓度的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱红外探测器外延材料。通过对量子阱红外探测器材料特性和器件特性的实验测试及理论分析,研究了量子阱红外探测器的响应光谱特性,并通过薛定谔方程和泊松方程的求解,对掺杂对量子阱能级的影响做了研究。结果表明,由于应力导致的能带非抛物线性使得阱中能级发生了变化,从而引起吸收峰向高能方向发生了漂移,而阱中进行适度的掺杂没有对量子阱能级造成影响,光致发光谱实验结果与之吻合较好。在光电流谱的实验分析基础之上,分析了量子阱阱宽、Al组分与峰值探测波长λ的关系,为量子阱红外探测器的设计优化提供了参考。     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器的光荧光表征

对GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器器件进行显微荧光光谱（μ－PL）测量,光谱中表征势垒、势阱基态间光跃迁能量位置的荧光峰值接与势垒中Al含量相关,通过光谱实验上对势垒和量子阱带间跃迁能量的确定并结合有效质量理论的计算,获得了Al组分和阱宽值,并由此推算出相应的红外探测响应波长,与光电流谱的结果相比吻合良好,这种材料的测量结果有利于器件制备的材料筛选。     

用作多通道长波光谱仪的量子格栅红外光电探测器列阵

美国陆军研究实验室的研究人员制备出了一种可用作多通道长波红外光谱仪的量子格栅红外光电探测器列阵．这种量子格栅红外光电探测器列阵是利用在7μm～16μm波长范围内具有宽带吸收特性的量子阱红外光电探测器材料结构制备的．用这种量子阱红外光电探测器材料制备量子格栅红外光电探测器器件的好处是，在该材料吸收范围内的各个相关波长上的光散射，可以在每个器件中形成一种窄带探测。     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较*

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.     

MOCVD与MBE生长GaAs/AlGaAs量子阱材料的红外探测器特性比较

用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/AlGaAs量子阱材料,并制成红外探测器.测量了材料的光致发光光谱和探测器的光电流响应光谱及其它光电特性,峰值波长7.9μm,响应率达到6×103V/W,与分子束外延法(MBE)生长的材料和相关器件进行了比较,MOCVD法可满足量子阱材料和器件的要求.     

用Ⅲ-Ⅴ族氮化物制成的红外探测器

本发明提供一种量子阱红外光电探测器,它包括一层衬底、一层缓冲层、第一层导电层、一个多量子阱、一层任选阻挡层和第二层导电层。其中,衬底是用一种单晶体制作的,在器件制备完毕后可以去除掉。其余的膜层则是由Ⅲ-Ⅴ族氮化物构成的。这种量子阱红外光电探测器的优点是,能够敏感正入射和斜入射的近红外至甚远红外波长的光。     

InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱中应变对光致发光特性的影响

对蓝宝石衬底上的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构和经激光剥离去除衬底的InGaN/GaN和InGaN/AlGaN多量子阱结构薄膜样品,进行了光致发光谱、高分辨XRD和喇曼光谱测量.PL测量结果表明,相对于带有蓝宝石衬底的样品,InGaN/GaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生较小的蓝移,而InGaN/AlGaN多量子阱薄膜样品的PL谱峰值波长发生明显的红移;喇曼光谱的结果表明,激光剥离前后E2模的峰值从569.1减少到567.5cm-1.这说明激光剥离去除衬底使得外延层整体的压应力得到部分释放,但InGaN/GaN与InGaN/AlGaN多量子阱结构中阱层InGaN的应力发生了不同的变化.XRD的结果证实了这一结论.     

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.     

640×486 long-wavelength two-color GaAs/AlGaAs quantum wellinfrared photodetector (QWIP) focal plane array camera

We have designed and fabricated an optimized long-wavelength/very-long wavelength two-color quantum well infrared photodetector (QWIP) device structure. The device structure was grown on a 3-in semi-insulating GaAs substrate by molecular beam epitaxy (MBE). The wafer was processed into several 640×486 format monolithically integrated 8-9 and 14-15 μm two-color (or dual wavelength) QWIP focal plane arrays (FPAs). These FPAs were then hybridized to 640×486 silicon CMOS readout multiplexers. A thinned (i.e., substrate removed) FPA hybrid was integrated into a liquid helium cooled dewar for electrical and optical characterization and to demonstrate simultaneous two-color imagery. The 8-9 μm detectors in the FPA have shown background limited performance (BLIP) at 70 K operating temperature for 300 K background with f/2 cold stop. The 14-15 μm detectors of the FPA reaches BLIP at 40 K operating temperature under the same background conditions. In this paper we discuss the performance of this long-wavelength dualband QWIP FPA in terms of quantum efficiency, detectivity, noise equivalent temperature difference (NEΔT), uniformity, and operability     

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.     

多色量子阱红外探测器的发展

军用红外探测器需要使用工作在各种红外波段的大规格、高均匀性多色焦平面阵列器件.满足这些要求的一个候选者就是量子阱红外（光电）探测器（Quantum Well Infrared Photodetector,QWIP）.作为新一代红外探测器,QWIP基于极薄半导体异质结构中的载流子束缚效应. GaAs/AlGaAs/QWIP的主要优点包括标准的Ⅲ-Ⅴ族衬底材料和技术、良好的热稳定性、大面积、低研发成本以及抗辐射性.QWIP的另一个重要优点是具有带隙工程能力.可以通过调节量子阱宽度和势垒组分设计出满足特殊要求（例如多色焦平面列阵应用）的器件结构.介绍了对QWIP探测物理机制的理解以及近年来多色QWIP技术的发展状况.     

多色量子阱红外探测器的发展（上）

军用红外探测器需要使用工作在各种红外波段的大规格,高均匀性多色焦平面阵列器件。满足这些要求的一个候选者就是量子阱红外（光电）探测器（QuantumWell Infrared Photodetector,QWIP）。作为新一代红外探测器,QWIP基于极薄半导体异质结构中的载流子束缚效应。GaAs／A1GaAs／QWIP的主要优点包括标准的III—V族衬底材料和技术、良好的热稳定性、大面积、低研发成本以及抗辐射性。QWIP的另一个重要优点是具有带隙工程能力。可以通过调节量子阱宽度和势垒组分设计出满足特殊要求（例如多色焦平面列阵应用）的器件结构。介绍了对QwIP探测物理机制的理解以及近年来多色QwIP技术的发展状况。     

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...     

长波长多量子阱红外焦平面成像技术及其应用

介绍了长波长多量子阱焦平面红外热成像的发展概况,论述了多量子阱焦平面阵列的主要结构：超晶格多量子阱红外探测器及读出电路。分析了它们的结构特点及工作原理,文中就QWIP FPA的主要性能进行了讨论。最后概括了近年来QWIP FAP技术的研究进展与应用,表明了它具有广阔的应用前景。     

量子阱红外探测器衬底完全去除技术研究

背面减薄技术对于提高量子阱红外焦平面探测器的性能有着重要的意义,通过衬底减薄能够缓解探测器芯片与读出电路的热膨胀失配,提高互连混成芯片可靠性,同时能够有效降低串扰。本文结合机械研磨、化学机械抛光和选择性湿法腐蚀技术,实现了量子阱探测器互连混成芯片的衬底完全去除。     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制，对于量子阱红外探测器(QWIP)，必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率，本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法，计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应，模拟计算的结罘表明，FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布，进而可以估算衍射光栅的偶合效率，以及优化QWIP结构设计。