退火对Zn扩散的影响及其在InGaAs探测器中的应用

采用闭管扩散方式,对不同结构的异质结外延材料In0.81Al0.19As/In0.81Ga0.19As、InAs0.6P0.4/In0.8Ga0.2As、InP/In0.53Ga0.47As实现了Zn元素的P型掺杂,采用扫描电容显微技术(SCM)和二次离子质谱(SIMS)研究了在芯片制备中高温快速热退火(RTP)处理环节对p-n结结深的影响。结果表明:由于在这3种异质结外延材料中掺杂的Zn元素并未完全激活,导致扩散深度明显大于p-n结结深;高温快速热退火处理并不会显著影响结深的变化,扩散完成后的p-n结深度可以近似为器件最终的p-n结结深;计算了530℃下Zn在In0.81Al0.19As、InAs0.6P0.4、InP中的扩散系数D分别为1.327×10-12cm2/s、1.341 10-12cm2/s、1.067×10-12cm2/s。     

InP／InGaAs异质结双极晶体管研究

阐述了ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ异质结双极晶体管的最新发展动态，重点讨论了ＨＢＴ的结构与性能以及ＨＢＴ ＩＣ的高速性能与可靠性问题。     

InGaAs/InP雪崩光电二极管暗电流机理研究

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管,讨论吸收层厚度和少子寿命以及倍增层厚度和少子寿命对暗电流的影响。研究表明,吸收层厚度影响热产生复合(shockley-read-hall, SRH)和缺陷辅助隧穿(trap-assisted tunneling, TAT)暗电流大小,而倍增层厚度则对TAT和直接隧穿(band-band tunneling, BBT)暗电流影响较大。少子寿命可以等效为缺陷的影响,因而对与缺陷相关的SRH和TAT暗电流影响较大。对暗电流机理的分析,为研究低暗电流高信噪比的雪崩器件提供良好的理论预测。     

异质结InP/InGaAs探测器欧姆接触温度特性研究

为了研究异质结InP/InGaAs探测器帽层的欧姆接触特性,采用Au/p-InP传输线模型(TLM),对比不同退火温度下的接触特性,在480℃、30 s的退火条件下实现室温比接触电阻为3.84×10~(-4)Ω·cm~2,同时,对欧姆接触的温度特性进行了研究,发现随着温度降低比接触电阻增加,在240~353 K温度范围内界面电流传输主要为热电子-场发射机制(TFE);240 K以下,接触呈现肖特基特性.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对界面处的扩散程度和化学反应进行了分析,发现经过480℃、30 s退火后样品界面处存在剧烈的互扩散,反应产物Au_(10)In_3有利于改善Au/p-InP的接触性能.     

InP/InGaAs探测器对伪装目标成像研究

高性能InP/InGaAs宽光谱探测器将前截止波长延伸到0.9μm之前,实现可见/短波双波段探测,大大丰富了探测目标的信息量,提高对目标的识别率.本文采用InP/InGaAs宽光谱探测器相机,通过设置一系列伪装实验,对比不同伪装目标的可见光波图像与短波红外图像的差异,重点探究短波红外对伪装目标的识别特性.通过实验结果发现:短波红外对一定厚度塑料、硅胶、皮肤具有穿透性;颜料、染料等同色不同材质的物体对短波红外具有选择性吸收,基于以上特性,短波红外体现了较好的伪装识别效果.在成像对比实验的基础上,进一步选择伪装效果对可见光和短波红外具有明显差异的实验样品,分别测量了它们对短波红外和可见光的反射率等参数,以深入地分析和理解短波红外识别伪装的机理.     

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.     

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究

模拟分析了三种不同结构的双异质结扩展波长In0.78Ga0.22As PIN光电探测器在室温下的暗电流特性,并与器件的实际测量结果进行了比较和讨论。结果表明,对于扩展波长的探测器,零偏压附近暗电流主要为反向扩散电流,随着反向偏压增加,产生复合电流和欧姆电流逐渐起主要作用。在InAlAs/InGaAs异质界面处引入的数字递变超晶格以及外延初始生长的InP缓冲层能够有效地改善探测器的暗电流特性。     

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.     

As/P气氛转换对InGaAs/InP异质结界面的影响研究

采用分子束外延(MBE)方法,在半绝缘InP(100)衬底上外延InGaAs/InP超晶格结构。通过优化As、P转换时间,研究了As、P气氛转换对InGaAs/InP异质结界面特性的影响。经原子力显微镜测试和X射线衍射谱分析,样品在关P阀5 s、开As阀5 s的生长条件下,表面均方根粗糙度(RMS)为0.205 nm,单边卫星峰达20级,一级卫星峰的半高宽(FWHM)为145.05 arc sec,表明界面控制良好。     

InP/InGaAs异质结双极晶体管研究

阐述了ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ异质结双极晶体管的最新发展动态,重点讨论了ＨＢＴ的结构与性能以及ＨＢＴＩＣ的高速性能与可靠性问题     

InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管InP顶层掺杂研究

通过理论计算和对比实验研究了InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管中InP顶层掺杂浓度对于器件性能的影响.理论结果显示,InP顶层的掺杂浓度越低越有利于抑制边缘击穿,降低隧穿暗载流子产生速率,提高雪崩击穿几率.实验结果显示,顶层非故意掺杂的器件在223K下获得了20%的单光子探测效率和1kHz的暗计数率,其单光子探测效率比顶层掺杂浓度为5×10~(15)/cm~3的器件高3%~8%,而暗计数率低一个量级.结果表明,降低InP顶层的掺杂浓度有利于提高器件性能.     

重掺InP生长的InGaAs外延层迁移率的测量

通过衬底剥离技术对以重掺N型磷化铟(N+-InP)衬底生长的In0.53Ga0.47As外延层的迁移率测量方法进行了研究。首先,采用环氧树脂胶将In0.53Ga0.47As外延层粘贴在半绝缘蓝宝石衬底上,以盐酸溶液腐蚀掉InP衬底;之后,采用扫描电子显微镜能谱及金相显微镜对InP衬底的剥离情况及In0.53Ga0.47As薄膜的损伤情况进行了检测;最后采用范德堡法对粘贴在半绝缘蓝宝石衬底上的In0.53Ga0.47As薄膜的迁移率进行了测量。通过对比试验得出,剥离InP衬底的In0.53Ga0.47As薄膜的迁移率测量结果与理论值符合较好,与真值偏差在20%以内。     

InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层厚度设计与计算

采用基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势法计算了InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层材料的电学结构和光学性质,交换关联能采用杂化泛函HSE06来描述。首先对闪锌矿结构GaAs材料能带图进行计算验证,接着建立标准InGaAs材料体结构模型,并对模型进行了动力学的自洽优化,在优化后的基础上进行了非自洽的计算,得到标准InGaAs材料的复介电函数,然后根据Kramers-Kronig关系推出标准InGaAs材料光吸收系数。最后,结合转移电子光阴极量子效率模型,在给定P型标准InGaAs材料非平衡少子扩散长度分别是0.8、1.0、1.2、1.4、1.6和2.0 mm的条件下,得到对能量在0.780 260~0.820 273 eV区间内、间距为0.002 eV的不同光子能量优化的InP/InGaAs转移电子光阴极吸收层厚度。     

InGaAs/InP单光子探测器的研制

InGaAs/InP单光子探测器是量子密钥分配系统中的重要器件,为了实现InGaAs/InP单光子探测器的国产化,本文采用国产元器件研制了一种InGaAs/InP单光子探测器,包括雪崩二极管、单片机模块、温控模块、偏置电压模块、门控信号模块和小信号处理模块,编写了程序。实验表明,在100 MHz门控条件下且制冷温度为-45 ℃时,探测器的最大探测效率约为25 %,当探测效率为10 %时,暗计数率约为5.8×10-6/ns,后脉冲率仅为1 %。本文研制的单光子探测器能够满足国产仪器设备的要求,对保障我国重点领域信息数据的安全具有显著的价值。     

GHz重复频率可调InGaAs/InP单光子探测器

InGaAs/InP雪崩光电二极管（avalanche photodiode APD）可实现近红外波段的单光子检测,具有集成度高功耗低等优势,被广泛应用于量子信息科学、激光测绘、深空通信等领域。通常,为了减小误计数,InGaAs/InP APD工作在门控盖革模式,其门控信号的重复频率直接决定了探测器的工作速率。基于此,采用低通滤波方案,结合集成了GHz正弦门控信号产生、雪崩信号采集、温度控制、偏置电压调节等功能的处理电路,搭建了GHz重复频率可调的高性能InGaAs/InP单光子探测器。GHz门控信号重复频率升高到2 GHz,其相位噪声仍优于-70 dBc/Hz@10 kHz,且尖峰噪声被抑制到热噪声水平,当探测效率为10%时,暗计数仅为2.4×10^-6/门。此外,还验证了该方案下探测器的长时间稳定性,测试了工作速率、偏置电压等对APD关键性能参数的影响,为GHz InGaAs/InP APD的进一步集成及推广奠定基础。     

基于锌扩散的InGaAs/InP平面型红外探测器快速热退火研究

系统研究了快速热退火对锌扩散的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布,结果表明退火过程会影响杂质浓度,但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映,未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析,未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流,因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器,快速热退火是不必要的工艺。     

Improved InP/InGaAs/InP PIN detector response using a transparent conductor contact

The elimination of the spatial variation in the frequency response of large area pin photodetectors is described using indium tin oxide as a transparent contact. The I/V, C/V, and relative frequency response characteristics are reported for devices fabricated with and without the indium tin oxide. The devices have active area diameters of 25.0 and 80.0 mu m. Responsivities were 0.53 and 0.61 A/W for photodetectors with and without the ITO contact, respectively.<>     

Bandwidth enhancement for p-end-illuminated InP/InGaAs/InP p-i-nphotodiodes by utilizing symmetrical doping profiles

This paper shows that the bandwidth of a p-end-illuminated planar InP-InGaAs-InP heterojunction p-i-n photodiode can be promoted by using a rather symmetrical doping profile that is produced through diffusion depth control. Caused by extra-depleted InP region in the end of p-InP, the device with symmetrical doping profile has additional series capacitance and thus has a smaller total capacitance than conventional asymmetrical doping profile. Such devices with 0.3 μm depleted InP cap region, together with 1 μm depleted InGaAs absorption region and 0.3 μm depleted InP buffer region, having the capacitance as small as those devices with 1.6 μm depletion region, while have the carrier transit time as short as those devices with 1.3 μm depletion region. Under appropriate bias condition, which is required for getting rid of the heterointerface effects, the symmetrical device as stated with 40 μm junction diameter can have a 3 dB bandwidth exceeding 17 GHz without inductance optimization. For device with conventional asymmetrical doping profile, that is, the p-n junction locating at ~0.1 μm deep in the InGaAs layer, only a bandwidth of about 15 GHz can be obtained. Due to the same thickness of InGaAs absorption layer, both devices have similar responsivity of ~0.8 A/W at -5 V at 1.3 μm wavelength. However, the heterointerface exposed in the depletion region results in several detrimental effects in symmetrical devices, such as interface-generation current, which leads to slightly increased dark current, and barrier/traps for hole transport, which lead to inferior photoresponse at low biases     

Ultrafast, dual-depletion region, InGaAs/InP p-i-n detector

The design of a new kind of photodetector, the dual-depletion region p-i-n photodetector, is presented. This vertical detector has a parasitic capacitance and transit time that can be controlled semi-independently. This eases the classical tradeoff between these two speed limiting factors, allowing the design of large, fast detectors. A theoretical analysis of the transit time effect and the capacitance effect is made. This analysis is then used to compute optimum design parameters     

High-speed InP/InGaAs avalanche photodiodes with a compositionallygraded quaternary layer

InP/InGaAs avalanche photodiodes (APDs) with a compositionally graded quaternary layer at the heterointerface between the InGaAs absorption and InP multiplication regions were fabricated and tested. A comparison of samples with the graded layer and with conventional three quaternary layers showed that the frequency characteristics for samples with the graded layer did not deteriorate at a low bias voltage even below -100°C, unlike APDs with three InGaAsP layers. Thus, no hole trapping occurred at the InP/InGaAs heterointerface with the graded layer. A sample with the graded layer showed a cutoff frequency exceeding 9 GHz at a low multiplication factor of 2. The authors found InP/InGaAs APDs with the compositionally graded quaternary layer to be useful over a wide temperature range