场助光电阴极研究进展

对场助光电阴极的发展进行回顾,介绍了场助光电阴极的工作原理,系统总结了三种具有代表性的阴极结构,分别是InP/InGaAsP/InP、InP/InGaAs、InGaAs/InAsP/InP光电阴极。InP/InGaAsP/InP双异质结结构是场助光电阴极研究的热点,这种结构大多用于长波阈值达到1.3μm的场助光电阴极;InGaAs异质结结构相对于其他结构具有很高的灵敏度,响应时间快,有利于在条纹变像管中应用;InGaAs/InAsP/InP结构的光电阴极在InP和InGaAs之间提供一层InAsP渐变层,对延长波长阈值非常有利,通过分析不同结构的特点及应用,讨论了场助光电阴极的发展方向以及难点。     

带有阶梯缓变集电区的InP/InGaAs/InP DHBT材料研究

设计并生长了一种新的InP/InGaAs/InP DHBT结构材料,采用在基区和集电区之间插入两层不同禁带宽度的InGaAsP四元系材料的阶梯缓变集电结结构,以解决InP/InGaAs/InP 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,获得了高质量的InP、InGaAs以及与InP晶格相匹配的不同禁带宽度的InGaAsP外延材料。在此基础上,成功地生长出带有阶梯缓变集电区结构的InP基DHBT结构材料。     

非故意掺杂吸收层InP/InGaAs异质结探测器研究

为了获得低噪声铟镓砷（InGaAs）焦平面,需要采用高质量的非故意掺杂InGaAs（u-InGaAs）吸收层进行探测器的制备。采用闭管扩散方式,实现了Zn元素在u-InGaAs吸收层晶格匹配InP/In_0.53Ga_0.47As异质结构材料中的P型掺杂,利用扫描电容显微技术(SCM)对Zn在材料中的扩散过程进行了研究,结果表明,随着扩散温度和时间增加,p-n结结深显著增加,u-InGaAs吸收层材料的扩散界面相比较高吸收层浓度材料（5×1016 cm?3）趋于缓变。根据实验结果计算了530 ℃下Zn在InP中的扩散系数为1.27×10?12 cm2/s。采用微波光电导衰退法(μ-PCD)提取了InGaAs吸收层的少子寿命为5.2 μs。采用激光诱导电流技术(LBIC)研究了室温下u-InGaAs吸收层器件的光响应分布,结果表明:有效光敏面积显著增大,对实验数据的拟合求出了少子扩散长度L_D为63 μm,与理论计算基本一致。采用u-InGaAs吸收层研制的器件在室温(296 K)下暗电流密度为7.9 nA/cm2,变温测试得到激活能E_a为0.66 eV,通过拟合器件的暗电流成分,得到器件的吸收层少子寿命τ_p约为5.11 μs,与微波光电导衰退法测得的少子寿命基本一致。     

InGaAs/InP雪崩光电探测器异质结结构优化分析

根据一个吸收层、电荷层和倍增层分立结构(SACM)的InGaAs/InP雪崩光电探测器,减薄电荷层的厚度而引入渐变层,保持材料与厚度不变,改进成吸收层、电荷层、过渡层与倍增层分立结构(SAGCM)的雪崩光电探测器,优化了吸收层与倍增层间材料的异质结结构.采用APSYS软件对其能带结构、电场分布以及暗电流和1.55μm的脉冲光响应电流、增益等进行仿真与计算.对比两种器件的性能,结果分析表明,改进后的器件获得更低的穿通值电压,降低探测器在低偏压下的漏电流,同时得到更大的增益.     

LBIC技术研究InGaAs线列探测器串音及光敏感区

利用激光诱导电流技术研究了InGaAs台面探测器的相邻探测器间的串音和光敏感区。用分子束外延方法生长掺杂InGaAs的PIN InP/InGaAs/InP 外延材料,制备了256×1正照射台面InGaAs线列探测器。测试结果表明,InGaAs线列探测器相邻探测器间没有串音,虽然台面结构周围吸收层已被腐蚀,但因为少数载流子的侧向收集,扩大了有效光敏感区。     

In0.53Ga0.47As/InP高速光电二极管材料生长及光电性能

利用低压MOCVD技术制备PIN结构的InP基InGaAs外延材料。采用分层吸收渐变电荷倍增(SAGCM)结构,通过两次Zn扩散、多层介质膜淀积、Au/Zn p型欧姆接触、Au/Ge/Ni n型欧姆接触等标准半导体平面工艺,设计制造正入射平面In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管器件。该器件采用与InP衬底晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As材料做吸收层,InP材料做倍增层,同时引入InGaAsP梯度层。探测器件光敏面直径50μm,器件测试结果表明该器件光响应特性正常,击穿电压约43 V,在低于击穿电压3 V左右可以得到大约10 A/W的光响应度,在0 V到小于击穿电压1 V的偏压范围内,暗电流只有1 nA左右。光电二极管在8 GHz以下有平坦的增益,适用于5 Gbit/s光通信系统。     

InGaAs/InP体材料和量子阱、超晶格材料的低压MOCVD生长及材料特性的测试分析

研究了InP、InGaAs体材料薄膜和InGaAs/InP量子阱和超晶格的低压MOCVD生长。InP外延层背景电子浓度为(1-5)×10~(13)/cm~3,低温电子迁移率为45240cm~2/V·s。InGaAs/InP异质结应变层匹配度可以控制在±(1-3)×10~(-3),匹配的InGaAs层的背景电子浓度为(2-5)×10~(13)/cm~3,室温及低温电子迁移率为8660和65150cm~2/v·s。InGaAs/InP量子阱的标定阱宽从114A减少到6.4A时低温光致发光峰能量上移量从59meV增加到362.5meV,线宽从12.4meV增加到57meV。InGaAs/InP超晶格的X射线衍射曲线显示了高至3级的卫星峰结构。观察到从AsH_3切换到PH_3时由于As的优先掺入特性引起的InP中As的掺入,其组份达到0.09。证实了它是线宽加大、荧光峰上移降低的一个因素。     

带有复合掺杂层集电区的InP/InGaAs/InP DHBT直流特性分析

设计了一种新结构InP/InGaAs/InP双异质结双极晶体管(DHBT),在集电区与基区之间插入n+-InP层,以降低集电结的导带势垒尖峰,克服电流阻挡效应.采用基于热场发射和连续性方程的发射透射模型,计算了n+-InP插入层掺杂浓度和厚度对InP/InGaAs/InP DHBT集电结导带有效势垒高度和I-V特性的影响.结果表明,当n+-InP插入层掺杂浓度为3×1019cm-3、厚度为3nm时,可以获得较好的器件特性.采用气态源分子束外延(GSMBE)技术成功地生长出InP/InGaAs/InP DHBT结构材料.器件研制结果表明,所设计的DHBT材料结构能有效降低集电结的导带势垒尖峰,显著改善器件的输出特性.     

带有复合掺杂层集电区的InP/InGaAs/InP DHBT直流特性分析

设计了一种新结构InP/InGaAs/InP双异质结双极晶体管(DHBT),在集电区与基区之间插入n -InP层,以降低集电结的导带势垒尖峰,克服电流阻挡效应.采用基于热场发射和连续性方程的发射透射模型,计算了n -InP插入层掺杂浓度和厚度对InP/InGaAs/InP DHBT集电结导带有效势垒高度和I-V特性的影响.结果表明,当n -InP插入层掺杂浓度为3×1019cm-3、厚度为3nm时,可以获得较好的器件特性.采用气态源分子束外延(GSMBE)技术成功地生长出InP/InGaAs/InP DHBT结构材料.器件研制结果表明,所设计的DHBT材料结构能有效降低集电结的导带势垒尖峰,显著改善器件的输出特性.     

基于碳掺杂InGaAs材料的InP DHBT分子束外延生长研究

采用固态源分子束外延系统(SSMBE),以四溴化碳(CBr₄)作为碳掺杂源,研究基于碳掺杂InGaAs材料的InP双异质结双极晶体管(DHBT)分子束外延生长工艺。通过In原子补偿工艺,补偿基区InGaAs材料中被CBr₄刻蚀的In原子,调整In组分使InGaAs-C外延层与InP衬底晶格匹配。通过界面层Ⅴ族元素切换工艺,减少InP/InGaAs界面层四元合金材料的形成,避免四元合金界面对后续湿法工艺的影响,降低材料表面粗糙度。利用优化后的材料外延工艺,得到表面颗粒密度为15/cm²,基区InGaAs-C材料P型掺杂浓度为5.25×10¹⁹cm^-3,方阻非均匀性为0.5%的InP基DHBT完整结构材料,利用0.7μm InP DHBT工艺平台,得到增益为41、击穿电压为4 V、截止频率为341 GHz、最大震荡频率为333 GHz的InP基DHBT器件。     

InGaAs/InP separated absorption and multiplication regions avalanche photodiode using liquid- and vapor-phase epitaxies

Heterostructure planar InGaAs/InP avalanche photodiodes, which consist of a vapor-phase epitaxial InP avalanche multiplying layer and a liquid-phase epitaxial In0.53Ga0.47As optical absorption layer, were fabricated. Dark current, multiplication, spectral response, and pulse response characteristics are reported. Diodes were prepared by InGaAs liquid-phase epitaxy on an InP substrate, followed by InP vapor-phase epitaxy. The vapor-phase epitaxy was adopted in the InP growth to avoid ternary layer melting encountered in the liquid-phase process. Cd diffusion was carried out in the InP layer to form a p-n junction. A uniform multiplication factor of 5.5 was observed without a guard ring. The quantum efficiency was 70 percent in the1-1.6 mum wavelength region without antireflection coating. Dark current density was as low as1.5 times 10^{-4}A/cm²at 90 percent of breakdown voltage. A fast rise time of 100 ps was observed.     

外电场作用下InP电子结构与光学性质的计算

磷化铟(InP)已成为光电器件和微电子器件不可或缺的重要半导体材料。采用基于密度泛函理论框架下的第一性原理平面波赝势方法,计算了不同外电场作用下InP超胞的电子结构和光学性质。计算结果表明:未加电场时InP的能隙值为0.876eV,随着z轴方向的外电场增大,该值逐渐减小,当电场强度达到1.0×10⁸V/cm时,InP的禁带宽度几乎为0。InP导带区域的总态密度随着外电场增大逐渐向费米面偏移,态密度跨度变小,而价带与导带的情况恰恰相反。外电场对介电函数虚部的影响主要体现在低能量区域(0~7eV),而在较高能量区域内可忽略不计。外电场对InP吸收系数的影响主要集中在近红外波段。     

MOCVD生长的平面型InGaAs／InP PIN光电探测器件

讨论了采用MOCVD技术生长的平面型InGaAs/InPPIN器件的光学特性及制备工艺。通过引入InP窗口层并制备合适的抗反射膜,大大提高了器件的量子效率,达到～96%,采用平面型结构有可能改善器件的稳定性和可靠性。     

InP/InGaAs/InP红外光电阴极时间响应特性的模拟研究

文中理论研究了InP/In0.53Ga0.47As/InP异质结透射式红外光电阴极的时间响应特性,光谱响应范围1.0～1.7 m。在场助偏压的作用下,模拟计算了光激发的电子在阴极内部的传输特性。模拟计算表明,光电阴极的响应速度随场助偏压的增大而加快;随光吸收层厚度的增大而减慢;随光吸收层掺杂浓度的增大,光电阴极的响应速度变慢。发射层厚度及掺杂浓度的增大都会使得阴极的响应时间加长。经过对阴极结构参数和掺杂浓度的优化,得到在吸收层和发射层厚度分别为2 m、0.5 m,掺杂浓度分别为1.51015 cm-3、1.01016 cm-3时,在适当场助偏压下光电阴极的响应时间可优于100 ps。     

Facet oxidation of InGaAsP/InP and InGaAs/InP lasers

The facet oxidation of InGaAsP/InP and InGaAs/InP lasers is investigated after aging under high constant optical output power or high current stress. Facet oxidation in InGaAsP/InP lasers is negligibly small under several thousand hours of practical operation. The thickness of oxide film increases in proportion to optical output power and logarithm of aging time. The growth rate of facet oxide film weakly depends on the junction temperature and the activation energy is estimated to be 0.07 eV within a experimental range between 25 and 150°C. The facet of InGaAs/InP lasers are oxidized more easily than that of InGaAsP/InP lasers but are about two orders of magnitude more stable against oxidation than that of AlGaAs/GaAs lasers.     

Transient simulation and optimization of InP/InGaAs unitraveling carrier photodetector

The transient photoresponse of a backside-illuminated InP/InGaAs uni-traveling carrier photodetector(UTC-PD) is simulated by a 2D drift-diffusion approach utilizing a commercial numerical device simulator(ATLAS).The effects of the epitaxial layer structure and device biasing are taken into account.The simulation results indicate that the absorption region has a critical effect on the photoresponse pulse,and an optimized epitaxial layer structure is given to achieve a fast response while maintaining a reason...     

平面型InGaAs探测结构中p型杂质的二维扩散行为研究

在平面型InGaAs P-i-N短波红外探测结构中,p型杂质在材料中纵向和横向的扩散是决定pn结位置及其光电性能的主要因素,本文采用扫描电容显微方法(SCM)获得了扩散成结InGaAs/InAlAs像元剖面的二维载流子分布,从而实现对不同扩散条件下pn电场结的精确定位和分析.此外,对于InGaAs/InP探测器,SCM...     

Characterization and theoretical analysis of second-orderintermodulation distortion of InGaAs/InP p-i-n photodiode modules forfiber-optic CATV

InGaAs/InP p-i-n photodiode (PD) modules for fiber-optic analog CATV have been developed. The optical configuration was optimized by making use of a spherical lens aberration. Responsivity and second-order intermodulation distortion (IMD2) were 0.95 A/W and -85 dBc at V_r =12 V, P_in=0 dBm, and m=40%, respectively. The improvement of IMD2 by defocusing was explained by the decrease of incident optical power density calculated by ray tracing. IMD2 was quantitatively explained through the reverse voltage dependence of responsivity which originates from the variation of the p⁺-InGaAs depletion layer thickness