MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT

IntroductionSince 1980s,the infrared detector based on inter-subband transitions in quantum well(QW)systems,called the quantum well infrared photoconductor(QWIP),has been studied and developed extensivelyand successfully[1].Quantumwell intermixing(QWI)tec…     

氢离子注入法提高InAsP/InP应变多量子阱发光特性

采用气态源分子束外延系统生长了InAsP/InP应变多量子阱,研究了H 注入对量子阱光致发光谱的影响以及高温快速退火对离子注入后的量子阱发光谱的影响.发现采用较低H 注入能量(剂量)时,量子阱发光强度得到增强;随着H 注入能量(剂量)的增大,量子阱发光强度随之减小.H 注入过程中,部分隧穿H 会湮灭掉量子阱结构界面缺陷,同时H 也会对量子阱结构带来损伤,两者的竞争影响量子阱发光强度的变化.高温快速退火处理后,离子注入后的量子阱样品发光峰位在低温10K相对于未注入样品发生蓝移,蓝移量随着H 注入能量或剂量的增大而增加.退火过程中缺陷扩散以及缺陷扩散导致的阱层和垒层之间不同元素互混是量子阱发光峰位蓝移的原因.     

Cu溅射诱导增强量子阱混杂实验研究

在InP基异质结InGaAsP多量子阱(MQW)结构上溅射Cu/SiO2复合层,开展了量子阱混杂(QWI)材料的实验研究。经快速退火(RTA),实现了比常规无杂质空位扩散(IFVD)方法更大的带隙波长蓝移量。在750℃、200s的退火条件下,获得最大172nm的波长蓝移;通过改变退火条件,可实现不同程度的蓝移,满足光子集成技术中不同器件对带隙波长的需求。为了验证其用于光子集成领域的可行性,利用混杂技术分别制备了宽条激光器和单片集成电吸收调制激光器(EML)。在675℃退火温度,80s、120s和200s的退火时间下分别实现了61、81和98nm的波长蓝移;并且,相应的宽条激光器的电激射光(EL)谱偏调量与其材料的光致荧光(PL)谱偏调量基本一致。在675℃、120s退火条件下,制备的EML集成器件中,电吸收调制器(EAM)和分布反馈(DFB)激光器区的蓝移量分别83nm和23.7nm,相对带隙差为59.3nm。EML集成器件在激光器注入电流为100mA、调制器零偏压时出光功率达到9.6mW;EAM施加-5V反向偏压时静态消光比达16.4dB。     

采用IFVD-QWI技术制备电吸收调制DFB激光器

采用等离子体增强化学气相沉积 (PECVD) 法在I nGaAsP多量子阱/InP缓冲层/InGaAs层上沉积SiO₂薄膜,通过N₂气氛下快速热退火(RTA )方法实现无杂质空位扩散(IFVD)的量子阱混杂(QWI)。对不同退火温度下量子 阱增益峰值波长的蓝移特性进行了实验摸索,在780℃@80s的退火条 件下,可以获得最大72.8nm的相对波长 蓝移量,并且发现快速热退火RTA温度低于780℃以下时,LD区的波长 蓝移量随温 度变化基本能控制在10nm以内。 通过选取合适退火条件实现了光荧光(PL)峰值波长约50nm的蓝移量, 在选区制备出合适带隙波长材料的基 础上,在LD区制作全息光栅并二次外延P型掺杂电接触层后,采用标准化浅脊波导电吸收 调制(EAM)分布反馈 激光器(EML)工艺制备了1.5μm波长的EML管芯,器件阈值为 20m A,出光功率达到2mW@90mA,静态消光比在＋6V反偏压下为9.5dB。     

量子阱红外探测器衬底完全去除技术研究

背面减薄技术对于提高量子阱红外焦平面探测器的性能有着重要的意义,通过衬底减薄能够缓解探测器芯片与读出电路的热膨胀失配,提高互连混成芯片可靠性,同时能够有效降低串扰。本文结合机械研磨、化学机械抛光和选择性湿法腐蚀技术,实现了量子阱探测器互连混成芯片的衬底完全去除。     

QUANTUM MECHANICAL MODEL AND SIMULATION OF GaAs／AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR—Ⅱ ELECTRICAL ASPECTS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｄｏｎＩｎｔｈｅｆｉｒｓｔｐａｒｔ ,ｗｅｈａｖｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｏｐｉｔｉｃａｌａｓｐｅｃｔｓａｂｏｕｔｔｈｅｑｕａｎｔｕｍｗｅｌｌｉｎｆｒａｒｅｄｐｈｏｔｏｄｅｔｅｃ ｔｏｒ .Ｈｅｒｅｗｅｃｏｎｔｉｎｕｅｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎｓａｂｏｕｔｔｈｅｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｓｐｅｃｔｅｓｏｆｔｈｅｄｅｖｉｃｅｍｏｄｅｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ .1　ＤａｒｋＣｕｒｒｅｎｔａｎｄＰｈｏｔｏｃｕｒｒｅｎｔＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｅｆｆｅｃｔｓｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｂｉａｓａｃｒｏｓｓｔｈ…     

Cu/SiO2逐层沉积增强无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP量子阱混杂

研究了Cu/SiO_2逐层沉积增强的无杂质空位诱导InGaAsP/InGaAsP多量子阱混杂(QWI)行为。在多量子阱(MQW)外延片表面,采用等离子体增强的化学气相沉积(PECVD)不同厚度的SiO_2,然后溅射5 nm Cu,在不同温度下进行快速热退火(RTA)诱发量子阱混杂。通过光荧光(PL)谱表征样品在QWI前后的变化。实验结果表明,当RTA温度小于700℃时,PL谱峰值波长只有微移,且变化与其他参数关系不大;当RTA温度大于700℃时,PL谱峰值波长移动与介质层厚度和RTA时间都密切相关,当SiO_2厚度为200 nm,退火温度为750℃,时间为200 s时,可获得54.3 nm的最大波长蓝移。该种QWI方法能够诱导InGaAsP MQW带隙移动,QWI效果与InGaAsP MQW中原子互扩散激活能、互扩散原子密度以及在RTA过程中热应力有关。     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的量子阱参数设计

量子阱参数如势阱宽度、势垒高度和阱中的掺杂浓度决定了阱中的能级分布及光学吸收,它和量子阱红外探测器(QWIP)的响应波长、暗电流、响应率、探测率等特性参数密切相关.为了使设计的QWIP达到预期的各种性能指标,对其各参量进行了精心设计.运用量子阱的第一激发态与势垒的高度接近时产生共振效应,进行了量子阱的优化设计,得出垒高和阱宽的关系.另外,根据器件光谱响应的要求,利用传输矩阵法计算出相应的量子阱参数.此设计方法在GaAs/AlGaAs长波-长波双色QWIP中得到了较好的验证.     

Photoresponse study of normal incidence detection in p-type GaAs/AIGaAs multiple quantum wells

We studied p-type GaAs/AIGaAs multiple quantum well (MQW) materials as a possible alternative to the current n-type GaAs/AIGaAs MQWs for infrared detection. The advantage of p-type MQWs is that absorption of infrared radiation at normal incidence is not selection rule forbidden as it is for the n-type. We have verified that significant photoresponse occurs at normal incidence in p-type MQWs. We studied changes in the photoresponse spectrum as a function of well width and temperature. The MQW heterostructures were designed to use bound to continuum intersubband absorption in the GaAs valence band and to have a peak photoresponse near 8 μm. The photoresponse spectrum was compared to the first theoretical model of the bound to continuum absorption in p-type GaAs/ AlGaAs MQWs. The theoretical absorption curve was found to be in good qualitative agreement with the experimental results.     

单轴压应变量子阱红外探测器吸收波长的研究

研究了单轴压应力对GaAs/AlGaAs/GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。以量子阱电子干涉方法以及单轴压应力作用下量子阱应变理论为基础,分析了GaAs/AlGaAs/GaAs量子阱导带中子能级与应变的关系。理论上计算了单轴应力下四个QWIP吸收波长与应变的关系。结果表明,E1与E<1>能级之间的吸收波长和E(1)与EF能级之间的吸收波长随应变的增大而减小的幅度比E1与EF能级之间的吸收波长和E(0)与E1能级之间吸收波长随应变的增大减小的幅度大。     

QUANTUM MECHANICAL MODEL AND SIMULATION OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTO- DETECTOR-Ⅰ OPTICAL ASPECTS

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｔｅｃｈｎｉｑｕｅｈａｓｂｅｅｎａｋｅｙｆａｃｔｏｒｉｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｍｏｒｅｔｈａｎ 4 0 ｙｅａｒｓ .Ｓｉｎｃｅ 1970 ,ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓｌｉｋｅＩｎＳｂａｎｄＨｇＣｄＴｅｈａｖｅｂｅｅｎｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐａｌｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｖａｒｉｏｕｓｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ .Ｔｈｅｆｏｒｍａｔｏｆｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｍｏｔｉｖａｔｅｄｂｙｓｍａｒｔｔｈｅｒｍａｌｉｍａｇｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｈａｎｇｅｄｆｒｏｍｓｉｎｇｌｅｅｌｅｍｅｎｔｄｅｖｉｃｅｔｏｆｏｃａｌｐｌａｎａｒｒａｙｓ(ＦＰＡｓ)ｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｏｆ 80’ｓ [1].Ｔｏｄａｙ’ｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｄｅｔｅｃｔｏｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｓｌａｒｇｅｌｙｏｎｆｏｃａｌｐｌａｎａｒｒａｙｓ ,ｅｘｐｅｃｉａｌｌｙｆｏｒｓｅｎｓｉｔｉｖｅ ,ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓａｎｄｌａｒｇｅｆｏｒｍａｔｓｃａｌｅｄｅｖｉｃｅｓ .ＨｇＣｄＴｅ...     

时域有限差分法模拟量子阱红外探测器光栅的光耦合

由于量子选择定则的限制,对于量子阱红外探测器(QWIP),必须利用衍射光栅增强其光学偶合效率,本文给出了一种基于时域有限差分法(FDTD)的数值方法,计算制备在QWIP器件上的金属光栅的衍射效应,模拟计算的结罘表明,FDTD方法是解析这种复杂结构内电磁场问题的有效手段．可以计算QWIP器件内各点电磁场所有分量的详细分布,进而可以估算衍射光栅的偶合效率,以及优化QWIP结构设计。     

PECVD沉积SiOP电介质膜及其XPS研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术沉积含P电介质薄膜,用于无杂质空穴扩散(IFVD)技术中InGaAsP-InP MQW结构中新的包封层,替代传统的SiO2层。经X射线光电子谱(XPS)研究证明,该膜就是SiOP结构。快速退火(RTA)研究表明,该膜结构基本稳定,但膜中P原子存在明显扩散,它增强了InPMQW结构中In原子的外扩,却抑制了Ga原子的外扩。这些都明显区别于常规SiO2膜的性质。     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

AlGaAs/GaAs quantum well infrared photodetector focal plane array based on MOCVD technology

128 × 128, 128 × 160 and 256 × 256 AlGaAs/ GaAs quantum well infrared photodetector (QWIP) focal plane arrays (FPA) as well as a large area test device are designed and fabricated. The device with n-doped back-illuminated AIGaAs/GaAs quantum structure is achieved by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) epitaxial growth and GaAs integrated circuit processing technology. The test device is valued by its dark current performance and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) spectra at 77 K. Cut off wavelengths of 9 and 10.9 μm are realized by using different epitaxial structures. The blackbody detectivity DB* is as high as 2.6 × 109 cm· Hz1/2·W-1. The 128 × 128 FPA is flip-chip bonded on a CMOS readout integrated circuit with indium (In) bumps. The infrared thermal images of some targets under room temperature background have been successfully demonstrated at 80 K operating temperature. In addition, the methods to further improve the image quality are discussed.     

含磷组分薄膜对InGaAsP/InP多量子阱无序处理的影响

报道了采用不同的电介质薄膜SiO2、SiOxNy、Si3N4和SiOxPyNz及其组合用于InGaAsP/InP多量子阱材料的包封源.在高纯氮气保护下经850℃、7s的快速退火处理,结果发现:含磷组分SiOxPyNz电介质薄膜包封下的InGaAsP/InP量子阱带隙展宽十分显著,高达224meV,PL谱峰值波长蓝移342nm,半宽较窄仅为25nm,说明量子阱性能保持十分良好,并对此现象的成因做了初步分析.     

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。     

低噪声GaAs/A1GaAs多量子阱红外探测器

提出了一种新结构的多量子阱红外探测器（QWIP）。在常规多量子阱结构的基础上加入P型欧姆接触层,实现以小的隧道电流代替原有的大的补偿电流,从而减小器件的暗电流实现低噪声器件。对器件暗电流的理论计算与实验曲线符合的很好。制备了新结构器件,其噪声只是同结构的常规QWIP的1／3。     

组合离子注入导致非对称耦合双量子阱界面混合效应光调制反射光谱

用分子束外延系统 (MBE)生长了 Ga As/ Al Ga As非对称耦合双量子阱 (ACDQW) ,用组合离子注入的方法 ,在同一块衬底上获得了不同注入离子 As+ 、 H+ 和不同注入剂量的 Ga As/ Al Ga As非对称耦合双量子阱单元 ,在未经快速热退火的条件下 ,于常温下测量了光调制反射光谱 ,发现各单元的子带间跃迁能量最大变化范围可达80 me V .     

低占空比红外增强吸收的量子阱微柱阵列

为了提高长波红外量子阱探测器的光耦合效率和信噪比,以8.7μm为中心波长,设计和制备了量子阱亚波长微柱阵列结构。与已经报道的金属或介质微腔结构不同,本文的微柱结构有源区包含50周期的量子阱/垒层,结合低至0.18的占空比,可望在增强吸收的同时显著抑制暗电流。红外光谱测量验证了制备的微柱阵列在8～9μm波段8%以内的低反射率特征,从而为高工作温度、高信噪比的长波红外探测提供了新方案。