发射区底切对倒置结构InP/GaAsSb/InP DHBT性能的影响

基于考虑载流子弹道输运等非局域传输瞬态效应的流体动力学模型,数值模拟计算了集电区在上面发射区在下面的倒置InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管(DHBT)器件的直流输出特性和高频性能.计算结果表明:由于集电区台面面积小,集电区在上的倒置InP/GaAsSb/InP双异质结双极晶体管有较高的高频性能;对于发射区在下面与基区接触面积大导致较多的基区载流子复合而使器件的增益偏低问题,可以考虑掩埋侧边腐蚀工艺底切发射区的技术来减少发射区和基区的接触面积,从而减少复合改善器件的增益特性.     

InP/InGaP/GaAsSb/InGaAsSb/InP双异质结双极晶体管设计北大核心

应用半导体器件的电阻电容计算理论和SILVACO ATLAS软件,在综合考虑载流子渡越时间和电阻电容延迟时间对增益截止频率的影响下设计了一种InP/InGaP/GaAsSb/InGaAsSb/InP双异质结双极晶体管(DHBT)结构。该结构中在基区与发射区之间加入P型半导体层以降低基区与发射区之间的电子势垒,并通过引入梯度渐变材料及优化掺杂分布提高基区电场、增强集电区中易趋近于零区域的电场,器件的电流增益截止频率得到显著提升。此外,还列出了InGaP和InGaAsSb材料的禁带宽度和电子亲合势、P型GaAs_(0.51)Sb_(0.49)和InGaAsSb材料的电子迁移率的近似计算公式。     

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。     

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。     

InP/InGaAs/InP双异质结双极晶体管技术研究

介绍了InP/InGaAs/InP双异质结双极晶体管(DHBT)材料生长、器件结构与设计、制作工艺和性能测试以及在振荡器中的应用等方面的研究.采用发射极-基极自对准工艺制作了InP/InGaAs/InP DHBT器件,发射极尺寸为1.5μm×10μm的器件小电流直流增益β约25,集电极-发射极击穿电压BVCEO≥10V,截止频率,ft和最高振荡频率,fmax分别为50和55GHz;     

InP/InGaAs/InP双异质结双极晶体管技术研究

介绍了InP/InGaAs/InP双异质结双极晶体管(DHBT)材料生长、器件结构与设计、制作工艺和性能测试以及在振荡器中的应用等方面的研究.采用发射极-基极自对准工艺制作了InP/InGaAs/InP DHBT器件,发射极尺寸为1.5μm×10μm的器件小电流直流增益β约25,集电极-发射极击穿电压BVCEO≥10V,截止频率,ft和最高振荡频率,fmax分别为50和55GHz;     

p-i-n InP/InGaAs光电探测器的电流及电容特性研究

为了实现高灵敏度探测,红外探测器需要得到优化。利用Silvaco器件仿真工具研究了p--i--n型InP/In0.53Ga0.47As/In0.53Ga0.47As光电探测器的结构,并模拟了该结构中吸收层浓度和台阶宽度对暗电流以及结电容的影响。结果表明,随着吸收层掺杂浓度的逐渐增大,器件的暗电流逐渐减小,结电容逐渐增大。当台阶宽度变窄时,器件的暗电流随之减小,结电容也随之变小。最后研究了光强和频率对器件结电容的影响。在低光强下,器件的结电容基本不变;当光强增大到1 W/cm2时,器件的结电容迅速增大。器件的结电容随频率的升高而减小,其峰值由缺陷能级引起。     

4H-SiC BJT的Early电压分析

通过考虑缓变基区4H-SiC BJT电流增益及器件内4种载流子复合过程,计算了4H-SiC BJT的厄利(Early)电压,分析了Early电压及电流增益的温度特性.结果表明,其他参数不变时,Early电压VA随发射区掺杂浓度NE增大而增大,随集电区掺杂浓度Nc增大而减小,随基区宽度W增大而增大.SiC中杂质非完全离化会影响4H-SiC BJT的Early电压及电流增益的温度特性.     

基于InP衬底的GaAsSb/InP异质结晶体管

采用金属有机化学气相沉积生长了InP/GaAs0.5Sb0.5/InP 双异质结晶体三极管(DHBT)材料,研究了材料质量对器件性能的影响.制备的器件不但具有非常好的直流特性,而且还表现出良好的微波特性,其结果与能带理论的预言一致,DHBT集电结和发射结的电流理想因子分别为1.00和1.06,击穿电压高达15V,电流放大增益截止频率超过100GHz.     

基于InP衬底的GaAsSb/InP异质结晶体管

采用金属有机化学气相沉积生长了InP/GaAs0.5Sb0.5/InP 双异质结晶体三极管(DHBT)材料,研究了材料质量对器件性能的影响.制备的器件不但具有非常好的直流特性,而且还表现出良好的微波特性,其结果与能带理论的预言一致,DHBT集电结和发射结的电流理想因子分别为1.00和1.06,击穿电压高达15V,电流放大增益截止频率超过100GHz.     

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.     

p-i-n InP/InGaAs光电探测器电流及电容特性研究

为了实现高灵敏度探测,红外探测器需要得到优化。利用Silvaco器件仿真工具研究了p-i-n型InP/In_0.53Ga_0.47As/In_0.53Ga_0.47As光电探测器结构,模拟了结构中吸收层浓度和台阶宽度对暗电流及结电容的影响。结果表明,随着吸收层掺杂浓度的逐渐增大,器件暗电流逐渐减小,结电容逐渐增大;当台阶宽度变窄时,器件暗电流随之减小,结电容也随之变小。最后研究了光强和频率对器件结电容的影响：在低光强下,器件结电容基本不变;当光强增大到1 W/cm²时,器件结电容迅速增大;器件结电容随频率的升高而减小,其峰值由缺陷能级引起。     

fT=140GHz,fmax=200GHz的超高速InP DHBT

InP/InGaAs/InP DHBT具有频带宽、电流驱动能力强、线性好、相位噪声低和阈值电压一致性好等优点成为研究热点。通过优化外延材料结构设计和采用四元InGaAsP缓变层消除集电结电流阻塞效应;改进发射极-基极自对准工艺和集电区台面侧向腐蚀工艺,降低Rb和Cbc乘积;优化PI钝化工艺和空气桥互联等工艺,实现了发射极面积为2μm×10μm的自对准InP/InGaAs/InP DHBT器件,其直流增益β约为25,击穿电压BVCEO≥7 V@10μA,在VCE=4 V,Ic=10 mA下,截止频率fT=140 GHz,最高振荡频率fmax=200 GHz,优于同一外延片上的非自对准InP DHB器件,该器件将可应用于高速光通信和微波毫米波通信。     

高电子迁移率InP/InP外延材料的MBE生长

采用固态磷源分子束外延技术在InP(100)衬底上生长了高质量的InP外延材料.实验结果表明InP/InP外延材料的电学性质与诸多生长参数密切相关.根据霍耳测量结果,对生长条件和实验参数进行了优化,在生长温度为370℃,磷裂解温度为850℃,生长速率为0.791μm/h和束流比为2.5的条件下,获得了厚度为2.35μm的InP/InP外延材料.在77K温度下,电子浓度为1.55×1015cm-3,电子迁移率达到4.57×104cm2/(V·s).     

4H-SiC BJT的Early电压分析

通过考虑缓变基区4H-SiC BJT电流增益及器件内4种载流子复合过程,计算了4H-SiC BJT的厄利(Early)电压,分析了Early电压及电流增益的温度特性.结果表明,其他参数不变时,Early电压VA随发射区掺杂浓度NE增大而增大,随集电区掺杂浓度Nc增大而减小,随基区宽度W增大而增大.SiC中杂质非完全离化会影响4H-SiC BJT的Early电压及电流增益的温度特性.     

高量子效率InP/In0.53Ga0.47As/InP红外光电阴极模拟

将In0.53Ga0.47As吸收层设计为多个薄层,通过不同浓度掺杂实现吸收层杂质指数分布,建立了InP/In0.53Ga0.47As/InP红外光电阴极模型,在皮秒级响应时间的前提下模拟了吸收层厚度、掺杂浓度和阴极外置偏压对阴极内量子效率的影响,给出了光电子在吸收层和发射层的一维连续性方程和边界条件,计算了光电子克服激活层势垒发射到真空中的几率,进而获得阴极外量子效率随上述三个因素的变化规律,结果表明,吸收层掺杂浓度在1015~1018 cm-3范围内变化时,内量子效率变化很小;随着吸收层厚度在0.09~0.81 m内增大,内量子效率随之增大;随着外置偏压升高,内量子效率先增大后趋于平稳。文中给出一组既能获得高量子效率又能有快时间响应的阴极设计参数,理论上1.55 m入射光可以获得8.4%的外量子效率,此时响应时间为49 ps。     

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.     

InGaAs/InP SAGCM-APD的器件模型及其数值模拟

基于泊松方程和载流子连续性方程,导出了InGaAs/InP SAGCM-APD(吸收、渐变、电荷、倍增层分离结构雪崩光电二极管)特性的数学模型,利用数值计算工具对其进行了数值模拟,得到了APD内部电场分布、增益特性、暗电流特性、过剩噪声和增益带宽特性等的数值结果.模拟结果与实际器件特性测量结果相符合,表明运用该模型与数值模拟方法可对不同结构参数的InGaAs/InP SAGCM-APD进行结构设计、工艺改进和特性分析.     

双层InGaAs沟道InP HEMT

阐述了一种新型的In0.80Ga0.02As／In0.053。Ga0.47 As双沟道InP HEMT结构。采用这种双沟道结构能够有效地提高沟道中电子的迁移率,减小碰撞电离对HEMT性能的影响;从而既显著提高了HEMT的截止频率,又可获得很高的直流输出电流．0．35μ栅长HEMT器件的电流增益截止频率达到120GHz,饱和电流密度、跨导达到790mA/mm、1 050mS／mm,栅极击穿电压和通态击穿电压分别为5V和3．2V。     

可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7 m,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短波波段的宽光谱探测。通过特殊的材料设计和背减薄工艺,成功研制了可见光拓展的320256 InP/InGaAs宽光谱红外探测器。采用增加滤光片的方法完成了器件在可见光、短波的成像演示,结果表明:目标在可见光、短波波段呈现出不同的特征信息,而不加滤光片的可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器则探测到两个波段的信息,既包含目标的可见光信息同时也具有短波信息,从而实现了可见/短波双波段探测的效果,可显著提升对目标的探测能力。