InP微透镜的设计与制作北大核心

高速光电探测器采用芯片背面带微透镜的背入射结构,利用微透镜对光的汇聚提高芯片与光纤的耦合效率。软件模拟发现,光敏面直径为30μm的芯片采用背入射结构时,其等效光敏面直径大于50μm,并且透镜拱高为8～15μm时,能更好实现对光的汇聚。对于InP微透镜的制作,首先要制作出透镜形状的光刻胶胶型,然后通过电感耦合等离子体（ICP）刻蚀将光刻胶图形转移到InP衬底上。光刻胶坚膜温度与坚膜时间对光刻胶形成透镜形状有很大影响。通过优化条件,150℃坚膜3 min的光刻胶呈规则透镜形状,并且表面光滑无褶皱。通过调节反应离子刻蚀（RIE）功率和ICP功率找到了合适的InP刻蚀速率,调节Cl2和BCl3的体积流量比改变了InP和光刻胶的刻蚀选择比,从而制作出不同拱高的微透镜。     

10Gbit/s InGaAs/InP雪崩光电二极管

基于InGaAs/InP吸收区、渐变区、电荷区和倍增区分离雪崩光电二极管(SAGCMAPD)器件结构,利用数值计算方法,模拟了各层参数对器件频率响应特性的影响.模拟结果表明,吸收层、倍增层厚度及电荷层面电荷密度可影响器件的-3 dB带宽;随增益的增加,器件带宽会逐渐降低;电荷层面电荷密度对器件击穿电压有明显影响.结合此模拟结果,制作出了高速InGaAs/InP雪崩光电二极管,并对器件进行了封装测试.测试结果表明,该结果与模拟结果相吻合.器件击穿电压为30 V;在倍增因子为1时,器件响应度大于0.8 A/W;在倍增因子为9时,器件暗电流小于10 nA,-3 dB带宽大于10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求.     

AlGaN/GaN异质结单片集成紫外/红外双色探测器

采用分子束外延(MBE)技术在蓝宝石衬底上依次生长n+GaN下电极层、i型AlxGa1-xN势垒层和n+GaN发射极层,并通过半导体微细加工技术,制作了AlGaN/GaN异质结单片集成紫外/红外双色探测器。该器件利用不同的探测机理,同时实现了红外光和紫外光探测,拓展了响应光谱的范围。红外光探测是通过AlGaN/GaN异质结界面自由电子吸收和功函数内部光致发射效应完成的,紫外光探测是通过AlxGa1-xN势垒层带间吸收完成的。对单元器件的暗电流特性、紫外及红外光谱特性进行了测试。测试结果表明,紫外响应截止波长356 nm,响应度180 mA/W,红外响应峰值波长14.5μm,响应度49 mA/W。     

10Gbit/s台面型InGaAs/InP pin高速光电探测器

利用数值计算方法分析了高速光电探测器的耗尽区宽度与响应度及响应速度的关系.分析结果表明,耗尽区宽度选择应在响应度和响应速度之间折中,在响应度满足使用要求的情况下,尽量提高响应速度.利用该分析结果设计了台面型InGaAs/InP pin高速光电探测器材料结构.通过优化腐蚀工艺与钝化工艺,解决了器件腐蚀形貌和钝化问题.结合其他微细加工工艺完成了器件的制备,器件光敏区直径50 μm.测试结果显示,在反向偏压为5V时,暗电流小于1 nA,电容约为0.21 pF.此外,在1 310 nm激光辐照下,器件的响应度约为0.95 A/W,-3 dB带宽超过10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求.     

InGaAs/InP台面型pin高速光电探测器

介绍了一种应用于5G通信系统的高速光电探测器,设计了InP基台面型pin高速光电探测器材料结构,通过理论计算及软件模拟得到响应度和带宽随耗尽层厚度的变化规律,并对材料结构进行优化。制备了光敏面直径为20μm及耗尽层厚度分别为1.0、1.3和1.5μm的器件。对比响应度和带宽的理论值与实测值,结果表明实测值与理论值相符,当耗尽层厚度为1.3时响应度可达到0.89A/W,带宽可达23GHz以上,可满足25Gibit/s的传输速率要求。建立了探测器小信号模型对器件的带宽特性进行仿真,仿真结果与理论值一致,进一步验证理论分析的正确性。     

双色量子阱红外探测器中的耦合光栅

在量子阱红外探测器(QWIP)上制备光栅的目的是对垂直入射的红外辐射进行有效耦合。从实验、测试和有关文献出发,探讨了影响其耦合效率的参数及参数的优化值。重点分析了双色QWIP的光栅设计问题,并从提高双色量子阱红外探测器光栅耦合效率和响应均匀性出发,介绍了一种新型交叉组合二维双周期结构光栅的设计方法;以一种具体AlGaAs/GaAs双色量子阱红外探测器为例,模拟了对应的交叉组合二维双周期结构光栅的几何参数和耦合强度,并与传统的二维双周期光栅结果对比,显示了新型双周期结构光栅在提高光耦合强度方面的优越性。     

雪崩光电二极管芯片自动测试系统

利用Keithley 2400源表、AV6381可编程光衰减器、AV 38124 1 550 nm单模半导体激光器和TZ-608B型光电屏蔽探针台搭建雪崩光电二极管芯片自动测试系统.在Labview环境下开发了自动测试软件,通过软件控制测量仪表,实现了雪崩光电二极管芯片的击穿电压、暗电流、穿通电压及10倍增益工作点电压的自动测试及合格判定.探针台可以根据测量系统反馈的判定结果对不合格芯片进行NG标记,方便划片后对不合格芯片进行筛选和剔除.建立的自动测试系统准确性高,测试速度快,软件操作方便,显示结果直观.同时可以实现测试参数的自动存储,方便进行统计过程控制(SPC)分析.     

长波双色AlxGa1-xAs/GaAs量子阱红外探测器的研制

介绍了长波双色AlxGa1-xAs/GaAs多量子阱红外探测器单元的设计、制作和测试。器件光敏面面积为300μm×300μm,光吸收峰值波长分别为10.8、11.6μm;采用垂直入射光耦合的工作模式,65K温度2V偏压下,两个多量子阱区的暗电流分别为4.23×10^-6、4.19×10^-6A;黑体探测率分别为1.5×10^9、6.7×10^9cm.Hz^1/2/W;响应率分别为0.063、0.282A/W。GaAs基量子阱红外探测器（QWIP）材料生长和加工工艺成熟、大面积均匀性好、成本低、不同波段之间的光学串音小,使得AlGaAs/GaAsQWIP在制作多色大面阵方面具有明显的优势。     

中波-长波双色量子阱红外探测器

采用n型掺杂的AlGaAs/GaAs和AlGaAs/InGaA多量子阱材料,基于MOCVD外延生长技术,利用成熟的GaAs集成电路加工工艺,设计并制作了不同结构的中波-长波双色量子阱红外探测器(QWIP)器件,器件采用正面入射二维光栅耦合,光栅周期设计为4μm,宽度2μm;对制作的500μm×500μm大面积双色QWIP单元器件暗电流、响应光谱、探测率进行了测试和分析。在-3V偏压、77K温度和300K背景温度下长波(LWIR)和中波(MWIR)QWIP的暗电流密度分别为0.6、0.02mA/cm2;-3V偏压、80K温度下MWIR和LWIR QWIP的响应光谱峰值波长分别为5.2、7.8μm;在2V偏压、65K温度下,LWIR和MWIR QWIP的峰值探测率分别为1.4×1011、6×1010cm.Hz1/2/W。     

基于环形谐振腔的双波长半导体激光器的研制

由于半导体环形激光器器件尺寸不再受解理面的限制,结构简单紧凑,容易集成,近年来成为集成光源领域的研究热点之一。采用MOCVD系统外延生长InAlGaAs多量子阱激光器材料,利用BCl3,Cl2和Ar刻蚀气体的ICP干法刻蚀技术和PECVD介质钝化工艺,研制了基于环形谐振腔的双波长半导体激光器样品,实现了激光光源的单片集成。该激光器由两个半径分别为200和205μm的环形谐振腔和一条脊宽为3.4μm的直波导耦合构成,两者之间的耦合间距为1.0μm,当两个环形激光器的注入电流分别为50.12和50.22 mA时,对应的激射波长为1 543.12和1 545.64 nm。改变激光器的注入电流,可调节峰值波长与波长间隔。