分子束外延GaAs/AlGaAs材料及应用

利用国产MBE设备,我们研制了多种多用途的GaAs/AlGaAs器件结构材料,并制作出GaAs/AlGaAs量子阱激光器、GaAs/GaAlAs自电光效应器件(SEED)、GaAs/AlGaAs HEMT等多种器件。     

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。     

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。     

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究

GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线是制作金属-半导体-金属(MSM)型高速光电探测器最简洁有效的光电材料之一。采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)设备,在GaAs(111)B衬底上开展了GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长研究,用场发射扫描电子显微镜(SEM)和微区光荧光谱仪(PL)对制备的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线样品进行了测试分析。采用已优化的GaAs/AlGaAs核-壳结构纳米线的生长工艺参数,主要研究了AlGaAs壳材料的生长机制,获得了高质量的AlGaAs壳材料,AlGaAs壳材料生长速率约为50 nm/min,Al的原子数分数为14%。这些结果为将来多异质结构纳米线的生长和光电探测器的制备奠定了基础。     

世界固体电子新闻

<正> 休斯研究所报导了低噪声0.1μm栅长GaAs MESFET的实验结果。该器件是用MBE技术在半绝缘GaAs衬底上连续生长不掺杂AlGaAs p~-缓冲层和GaAs p~-缓冲层,6×10~(18)cm~(-8)有源层,5×10~(16)cm~(-3)势垒层以及6×10~(18)cm~(-3)接触层。其优点是:器件有效电长度缩短,寄生电容减小,栅极对沟道电荷控制增强,势垒高度提高,栅极漏电降低,而大带隙的AlGaAs层加强了对载流的制约。制得的FET性能为:最大跨导g_m=600mS/mm,输出电导g_o=30mS/mm,电压增益(g_m/g_o)=20,据称,是迄今GaAs MESFET和GaAs/AlGaAs MODFET(0.3μm栅)所报导的最好结果。电流增益截止频率f_T超过65GHz,最高80GH;     

基于DBR增强的850nm GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器

高速850 nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器(PD)是短距离光链路中的重要器件,面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。报道了一种基于分布布拉格反射器(DBR)增强的GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器(UTC-PD)。DBR由20个周期的高/低Al组分的Al_xGa_1-xAs三元合金组成,可以在830～870 nm范围内形成大于0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下,将GaAs吸收层所需的厚度降低到1 040 nm,兼顾PD对光的吸收率和光生载流子的渡越时间。采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850 nm波长、-2 V偏压下具有19.26 GHz的-3 dB带宽和0.492 6 A/W的响应度。     

用MOMBE生长掺碳或掺锡的npn和pnp AlGaAs/GaAs HBT

<正>npn GaAs/AlGaAs HBT是一种具有优良特性的器件,在数字、模拟及微波等方面均具有广阔的应用前景。pnp GaAs/AlGaAs HBT在互补技术应用方面也是一种很重要的器件。 《Electronics Letters》1991年12月发表了介绍制造npn和pnp GaAs/AlGaAs HBT的文章。近期实验表明,在HBT制造中用掺碳和锡代替掺铍和硅能减少寄生电阻与提高可靠性,且具有很好的直流和射频特性。     

MOCVD制备GaAs/AlGaAs异质结和异质结双极晶体管(HBT)的研究

本文应用MOCVD技术制备出高质量的GaAs,AlGaAs外延材料以及GaAs/AlGaAs异质结和多量子阱结构.首次成功地用该技术生长了微波HBT全结构材料,并获得了较高性能的器件结果:300K时直流增益(β)为15～40,77K时为60,截止频率大于10GHz,最高振荡频率为5.5GHz.     

反射电子显微技术研究分子束外延材料

在分析型透射电子显微镜(TEM)上,利用反射电子显微术(REM)我们系统地研完了用分子束外延法生长的AlGaAs/GaAs异质多层材料及应变InGaAs/GaAs超晶格材料。在对AlGaAs/GaAs超晶格截面的观察中,REM的空间分辨率达到了20(?),并可分辨化学组分变化0.5％的AlGaAs/GaAs异质结界面。在对表面形貌的研究中,REM可观察到用Nomarski相衬显微镜都无法观察到的InGaAs/GaAs应变超晶格表面crosshatch条纹,显示其对表面不平整性的极高灵敏度。我们还发展了一种新方法,用以准确、直观地观察多层膜材料的腐蚀深度,从而控制器件制作过程中的腐蚀工艺。     

掺In对反型AlGaAs/GaAs异质界面质量的改善及其应用

研究了AlGaAs层掺1%的In对AlGaAs/GaAs量子阱光致发光谱的半峰宽的影响.25K的光致发光结果表明,In作为表面活化剂能有效改善AlGaAs/GaAs异质界面的粗糙度.将此方法应用到反型AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管(HEMT)材料结构中,Hall测量表明该方法能有效提高反型HEMT的电学性能.     

9μm Cutoff 128×128 AlGaAs/GaAs Quantum Well Infrared Photodetector Focal Plane Arrays

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作. 采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料，并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作. 为得到器件参数，设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件；77K下2V偏压时暗电流密度为1.5E-3A/cm2; 80K工作温度下，器件峰值响应波长为8.4μm，截止波长为9μm，黑体探测率DB为3.95E8 (cm·Hz1/2) /W. 将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连，在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像，盲元率小于1%.     

多量子阱结构的脊形波导AlGaAs/GaAs DFB LD

日本三菱公司首次制造出带MQW结构的脊形波导AlGaAs/GaAs DFB LD,该器件的I_th=28mA(20℃),该值为已报导AlGaAs/GaAs DFB LD的最低值,在宽的温度范围内实现了稳定的单纵模和     

S波段大功率GaAs PHEMT单片放大器

GaAs单片集成电路具有体积小、质量轻和可靠性高等特性,已经成为微波领域重要的器件。采用MBE技术生长出双面掺杂AlGaAs/InGaAs PHEMT结构的外延材料,研制了高效率的GaAs PHEMT器件,S波段功率附加效率大于55%。建立了基于EEHEMT的大信号模型,利用ADS软件搭建了有耗匹配的二级放大电路拓扑结构,进行最佳效率匹配,得到优化电路。采用4英寸(1英寸=2.54cm)GaAs0.35μm标准工艺研制了AlGaAs/InGaAs/GaAsPHEMT MMIC电路,测试结果表明,在测试频率为2.2~3.4GHz,测试电压VDS为10V时,输出功率大于12W,功率增益大于22dB,功率附加效率大于40%。     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

9μm截止波长128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列

报道了128×128 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列的设计和制作.采用金属有机化学气相淀积外延技术生长外延材料,并在GaAs集成电路工艺线上完成工艺制作.为得到器件参数,设计制作了台面尺寸为300μm×300μm的大面积测试器件;77K下2V偏压时暗电流密度为1.5×10-3A/cm2;80K工作温度下,器件峰值响应波长为8.4μm,截止波长为9μm,黑体探测率DB 为3.95×108(cm·Hz1/2)/W.将128×128元 AlGaAs/GaAs量子阱红外焦平面探测器阵列芯片与相关CMOS读出电路芯片倒装焊互连,在80K工作温度下实现了室温环境目标的红外热成像,盲元率小于1%.     

台面型自对准结构AlGaAs/GaAs HBT的工艺研究

本文提出了一种台面型全自对准结构AlGaAs/GaAs HBT的制造方案,对其中的欧姆接触金属系统的制备.AlGaAs/GaAs材料的选择性腐蚀及聚酰亚胺的反应离子刻蚀终点监控等关键工艺技术进行了研究。并给出了应用该工艺研制的HBT器件的初步结果.     

双色量子阱红外探测器大面阵芯片的研制

采用GaAs/AlGaAs和InGaAs/AlGaAs多量子阱,研制出了双色同像素读取结构的中波/长波量子阱红外探测器及160×128元中波/长波双色多量子阱红外探测器芯片。器件的材料结构生长是采用分子束外延技术,在5.08 cm半绝缘GaAs衬底上完成的。发展了双色大面阵制备工艺,二维光栅的制备使用标准光刻和离子束刻蚀技术。在77 K时,对量子阱红外探测器测试,得到中、长波段峰值探测率分别为Dλ*=（1.61～1.90）×1010 cmHz1/2W-1和（1.54～2.67）×1010 cmHz1/2W-1。中、长波段峰值波长分别为(2.7~3.8) μm和8.3 μm。     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的低电阻欧姆接触工艺研究

介绍了GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器(Quantum Well Infrared Photodetector, QWIP)的低电阻欧姆接触研究情况。结合热处理工艺,通过测试I-V特性对Ni/AuGe/Au金属体系的不同搭配进行了实验,确定了适合n+ GaAs/AlGaAs的电极体系,并对沉积金属后的热处理条件进行了初步研究。在400 ℃、氮气氛围、60 s的条件下,采用传输线模型计算后,在n+ GaAs（1×10¹⁸cm^-3）上取得了比接触电阻为3.07×10^-5Ω.cm²的实验结果。     

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。     

新结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT生长及特性研究

设计并生长了一种新的InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料,采用在基区和集电区之间插入n+-InGaP插入层结构,以解决InGaP/GaAs/InGaP DHBT集电结导带尖峰的电子阻挡效应问题。采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,通过优化生长条件,获得了高质量外延材料,成功地生长出带有n+-InGaP插入层结构的GaAs基InGaP/GaAs/InGaP DHBT结构材料。采用常规的湿法腐蚀工艺,研制出发射极面积为100μm×100μm的新型结构InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件。直流特性测试的结果表明,所设计的集电结带有n+-InGaP插入层的InGaP/GaAs/InGaP DHBT器件开启电压约为0.15V,反向击穿电压达到16V,与传统的单异质结InGaP/GaAs HBT相比,反向击穿电压提高了一倍,能够满足低损耗、较高功率器件与电路制作的要求。