功率增益截止频率为183GHz的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As HEMTs

通过合理的外延层材料结构设计和改进的器件制备工艺,制备出功率增益截止频率（fmax）为183GHz的晶格匹配InP基In0.53Ga0.47As-In0.52Al0.48As HEMT。该fmax为国内HEMT器件最高值,还报道了器件的结构、制备工艺以及器件的直流和高频特性。     

功率增益截止频率为183GHz的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As HEMTs

通过合理的外延层材料结构设计和改进的器件制备工艺,制备出功率增益截止频率(fmax)为183GHz的晶格匹配InP基In0.53Ga0.47As-In0.52Al0.48As HEMT.该fmax为国内HEMT器件最高值.还报道了器件的结构、制备工艺以及器件的直流和高频特性.     

In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管的数值模拟研究

建立了SACM型In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管(APD)的分析模型,通过数值研究和理论分析设计出高性能的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As APD。器件设计中,一方面添加了In0.52Al0.48As势垒层来阻挡接触层的少数载流子的扩散,进而减小暗电流的产生;另一方面,雪崩倍增区采用双层掺杂结构设计,优化了器件倍增区的电场梯度分布。最后,利用ATLAS软件较系统地研究并分析了雪崩倍增层、电荷层以及吸收层的掺杂水平和厚度对器件电场分布、击穿电压、IV特性和直流增益的影响。优化后APD的单位增益可以达到0.9 A/W,在工作电压(0.9 Vb)下增益为23.4,工作暗电流也仅是纳安级别(@0.9 Vb)。由于In0.52Al0.48As材料的电子与空穴的碰撞离化率比InP材料的差异更大,因此器件的噪声因子也较低。     

156GHz 0.15μm GaAs Metamorphic HEMT器件研制

应用电子束直写技术成功制作了栅长0.15μm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As GaAs MHEMT。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件源漏间距,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到495mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.19V时的最大非本征跨导gm为1032mS/mm,截止频率ft达到156GHz,最大振荡频率fmax大于150GHz。     

具有136 GHz的0.18μm GaAs Metamorphic HEMT器件

应用电子束直写技术成功制作了栅长0.18μm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT.从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件结构,特别是T形栅结构.从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能.最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到275 mA/mm,夹断电压-0.8 V,在Uga为-0.15 V时的最大非本征跨导gm为650 mS/mm,截止频率ft达到136 GHz,最大振荡频率fmax大于120 GHz.     

具有136GHz的0.18m GaAs Metamorphic HEMT器件

应用电子束直写技术成功制作了栅长0.18μm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件结构,特别是T形栅结构,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到275mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.15V时的最大非本征跨导gm为650mS/mm,截止频率ft达到136GHz,最大振荡频率fmax大于120GHz。     

具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管

基于碰撞离化理论研究设计了In0.53 Ga0.47 As/In0.52 Al0.48As电子倍增超晶格结构雪崩光电二极管,使用MOCVD外延得到实验片,经过工艺流片后进行封装测试.测试结果显示,具有超晶格雪崩区的电子倍增型APD器件,其暗电流可以控制在纳安级,光电流增益达到140,证明具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管具有很好的光电探测性能.     

100nm GaAs MHEMT器件研制

应用电子束直写技术成功制作了栅长100nm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As GaAs MHEMT(渐变组分高电子迁移率晶体管)。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件T形栅尺寸与工艺,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到460mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.23V时的最大非本征跨导gm为940mS/mm,截止频率ft达到220GHz,最大振荡频率fmax大于200GHz。     

InP衬底上Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP液相外延生长

用液相外廷获得了与InP晶格匹配的Ga_(0.47),In_(0.53)As单晶外延层.本文叙述在(100)和(111)InP衬底上Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP液相外延生长方法.用常规滑动舟工艺生长的这种外延层,其表面光亮,Ga的组分x=0.46～0.48,晶格失配率小于2.77×10~(-4),禁带宽度E_g=0.74～0.75eV.使用这种Ga_(0.47)In_(0.53)As/InP/InP(衬底)材料研制的长波长光电探测器,在波长为0.9～1.7μm范围内测出了光谱响应曲线,在1.55μm处呈现峰值.     

截止频率为218GHz的超高速晶格匹配In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As高电子迁移率晶体管

报道了截止频率为218GHz的晶格匹配的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As高电子迁移率晶体管,这是迄今为止国内报道的截止频率最高的高电子迁移率晶体管,器件直流特性也很优异：跨导为980mS/mm,最大电流密度为870mA/mm,文中的材料结构和所有器件制备工艺均为本研究小组自主研制开发。     

截止频率为218GHz的超高速晶格匹配In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As高电子迁移率晶体管

报道了截止频率为218GHz的晶格匹配的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As高电子迁移率晶体管.这是迄今为止国内报道的截止频率最高的高电子迁移率晶体管.器件直流特性也很优异:跨导为980mS/mm,最大电流密度为870mA/mm.文中的材料结构和所有器件制备工艺均为本研究小组自主研制开发.     

Ⅴ/Ⅲ比对InGaAs/InP的LPMOCVD生长的影响

介绍了利用LPMOCVD技术在InP衬底上生长In0.53Ga0.47As材料,获得表面平整、光亮的In0.53Ga0.47As外延层.研究了Ⅴ/Ⅲ比对表面形貌、结晶质量、电学质量的影响.在Ⅴ/Ⅲ比较低时,表面粗糙,要获得镜面状的表面形貌,Ⅴ/Ⅲ比必须大于40.Ⅴ/Ⅲ比对外延层结晶质量有影响.迁移率和本征载流子浓度随着Ⅴ/Ⅲ比的增加而增大.     

InP基PIN型探测器中接触层掺杂对In_(0.53)Ga_(0.47)As材料光致发光特性的影响

利用MOCVD在InP衬底上制备InP/In0.53Ga0.47As/InP双异质结PIN型材料,通过对本征层In0.53Ga0.47As材料的光致荧光谱研究,发现PIN结构中两侧InP材料的掺杂特性对中间In0.53Ga0.47As材料的光致发光特性有明显的影响。本文通过对两侧InP材料的变掺杂处理,实现了In0.53Ga0.47As材料光致发光特性的有效提高。     

高性能InP/InGaAs宽光谱红外探测器

In P/In0.53Ga0.47As短波红外探测器是一种高性能的近室温工作器件,从200 K到室温下都能获得较好的器件性能,从而大大降低了对制冷的要求。为了充分利用目标在可见光和短波波段的光谱信息,通过特殊的材料结构设计和器件背减工艺,成功实现了320×256In P/In Ga As宽光谱红外探测器,能够同时对可见光和短波红外响应,并从77 K到263 K工作温度下实现了对人脸、计算机及室外2.3 km处的景物成像。测试样管平均峰值探测率为2×1012 cm Hz1/2/W,光谱响应为0.6~1.7μm,光谱响应测试和成像结果同时验证了In P/In Ga As宽光谱探测器对可见光信号的探测。相比标准的In P/In0.53Ga0.47As短波探测器,In P/In Ga As宽光谱探测器显示了可见/短波双波段探测的效果,大大丰富了探测目标的信息量,可显著提升对目标的识别率。     

用X射线衍射研究缓冲层对GaInAs材料的影响

用分子束外延方法制备了具有GaInAs组分渐变缓冲层和不具有GaInAs组分渐变缓冲层的Ga0.9In0.1As/GaAs结构的外延材料。利用高分辨率X射线衍射法(HRXRD)对制备的两种样品分别进行了测试分析。实验结果表明,GaInAs组分渐变缓冲层对外延生长在GaAs衬底上的Ga0.9In0.1As外延材料的晶体质量具有显著的改善作用,极大降低了由于外延层与衬底晶格不匹配所带来的影响。从X射线倒易空间衍射(RSM)二维图谱结果来看,具有GaInAs组分渐变缓冲层结构的样品,其Ga0.9In0.1As外延层与GaInAs组分渐变缓冲层接近完全弛豫,Ga0.9In0.1As外延层的应变降低,表面残留应力小于0.06%,同时,GaAs衬底与Ga0.9In0.1As外延层之间的偏移夹角明显变小。     

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材料体系RTD的研制

报道了InP衬底AlAs /In0.53Ga0.47As/AlAs结构共振隧穿二极管(RTD)的研制过程.衬底片选用(001)半绝缘InP单晶片,结构材料使用分子束外延(MBE)技术制备,并用PL谱对外延片进行测试,器件采用台面结构.测得RTD器件室温下的峰谷电流比(PVCR)为7.4,峰值电流密度(Jp)为1.06×105A/cm-2,是国内首例成功的InP材料体系RTD.     

120nm栅长晶格匹配InGaAs/InAlAs HEMTs 器件研制

利用新型的PMMA/PMGI/ZEP520/PMGI四层胶电子束光刻胶研制出一种性能卓越的T型栅,该T型栅栅头宽980纳米,栅脚宽120纳米,有效地减小了栅的寄生电阻和电容效应, 增强了器件的高频特性。利用该T型栅工艺制备出的120nm栅长晶格匹配In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As InP基HEMT器件获得了优越的直流和高频性能,电流增益截止频率和最大单向功率增益频率分别达到190 GHz 及 146 GHz。文中的材料结构和所有器件制备均为本研究小组自主研究开发。     

大应变InGaAs/GaAs/AlGaAs微带超晶格中波红外QWIP的MOCVD生长

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化,获得了高质量的外延材料。     

InP/GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备

借助超薄低温InP缓冲层,在GaAs衬底上生长出了高质量的InP外延层,在InP外延层中插入了15周期In0.93Ga0.07P/InP应变层超晶格(SLS),进一步阻断了失配位错穿透到晶体表面,提高了外延层的晶体质量,这样2.5 μm厚InP外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)ω扫描半高全宽(FWHM)值降低至219 arcsec,该InP外延层的室温光荧光(PL)谱线宽度仅为42 meV.在此基础上,只利用超薄低温InP缓冲层技术就在半绝缘GaAs衬底上成功地制备出了长波长异变In0.53Ga0.47As PIN光电探测器,器件的台面面积为50 μm×50 μm,In0.53Ga0.47As吸收层厚度为300 nm,在3 V反偏压下器件的3 dB带宽达到了6 GHz,在1 550 nm波长处器件的响应度达到了0.12 A/W,对应的外量子效率为9.6%.