基于Pt/GaN/AlGaN异质结高响应度双波段紫外探测器

提出一种在AlGaN基PIN器件的p-GaN表面上沉积Pt,形成肖特基势垒(SB)-PIN异质结器件,器件的能带和载流子的输运发生了变化,这种新型光电探测器实现了双波段紫外探测,可分别工作在光伏和光电导模式下。器件在275 nm波长的紫外光照射的负偏置电压下,工作模式为光伏探测,当入射光功率密度为100μW/cm²,偏置电压为-10 V时,器件得到最大响应度(0.12 A/W);当偏置电压为-0.5 V时,器件得到最大探测率(1.0×10¹³ cm·Hz^1/2·W^-1)。器件在正偏置电压工作模式下可作为高响应、高增益的光电导探测器,当偏置电压为+10 V时,用275 nm和365 nm波长的紫外光照射(光功率密度为100μW/cm²),器件的响应度分别为10 A/W和14 A/W,外量子效率分别为4500%和4890%。所设计的双波段多功能器件将极大地扩展基于AlGaN的紫外探测器的用途。     

支撑光网络发展的硅基光电子技术研究

作为大规模集成电路和化合物半导体光电子器件的制造技术共同构成的一门高新技术 ,硅基光电子技术越来越受到重视 .文章着重介绍中国科学院半导体研究所外延生长SiGe/Si量子结构和Si基器件研究的结果 :采用自行设计的UHV/CVD系统 ,成功地生长出Ⅱ型SiGe/Si量子阱和量子点 ,直到 2 5 0K仍能观察到自组织生长Ge/Si(0 0 1 )量子点的发光峰 ;研制成功SiGe/Si谐振腔增强型光电二极管 (RCEPD)、Y分支MZI光调制器和多模干涉 -马赫 -曾德干涉型光开关等Si基光电子器件 ;1 .3μm处RCEPD的量子效率达到 4 .2 % ,- 5V偏压下暗电流密度 1 2 pA/ μm2 ;2× 2热光型光开关的响应时间小于 2 0 μs,两输出端关态串扰为 - 2 2dB ,通态串扰为 - 1 2dB .     

GaAs／AlGaAs多量子阱红外探测器研制成功

红外量子阱探测器是利用量子阱材料导带内子带间光跃迁对红外辐射的强吸收,来测量红外辐射强度的一种新型的、快速灵敏的红外探测器.其工作原理是:首先利用掺杂使量子阱中的基态上填充上具有一定浓度的二维电子,当入射光子能量■等于子带间能隙时。照射到器件接收面上的红外辐射将处于基态上的电子激发到较高激发态上,这些激发热电子在外场作用下,在匹配的外电路中形成与入射光强度成正比的电流或电压信号.该探测器的响应波段可以覆盖8—14μm的波长范围,响应速度快(皮秒量级),灵敏度较高(D*～1010cmHz1/2/W),并且可以通过改变材料的生长…     

两端叠层结构的中长波量子阱红外探测器

采用分子束外延技术生长了两个叠层结构的双色量子阱红外探测器结构,并经过光刻和湿法刻蚀制作成两端结构的量子阱红外探测器单元器件. 通过改变量子阱势垒高度,势阱宽度,掺杂浓度,重复周期数等器件参数,可以使总电压在两个叠层之间产生适当的分布,从而使器件表现出不同的电压响应特点. 光电流谱测量显示,器件1随着外加偏置电压可实现对于中波大气红外窗口(3—5 μm)和长波大气红外窗口(8—12 μm)红外响应的切换,器件2在不同的偏置电压下可以对这两个波段同时做出响应. 本文探讨了两端叠层结构量子阱红外探测器的工作原 关键词： 电压调制 同时响应 量子阱红外探测器 双波段     

向短波红外延伸的微光夜视技术及其应用

对传统的微光像增强器与向短波红外延伸的InGaAs光阴极像增强器进行了比较,分析了通过调节组分而使响应波段覆盖夜天光辐射主要波段的InGaAs材料特性,揭示了以InGaAs半导体材料为光阴极的像增强器将在夜间具有更高的量子效率和响应度。介绍了InGaAs器件技术的国内外研究现状,InGaAs光阴极微光器件在短波红外波段的辐射响应是传统像增强器的100~1 000倍,InGaAs全固态探测器可在0.4 m~1.7 m宽光谱成像,在0.9 m~1.7 m范围的量子效率大于80%,表明该器件在激光探测、远距离定位与跟踪、情报侦察、夜间辅助驾驶等方面可以获得广泛应用。     

GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构设计与光谱分析

通过理论计算对用于量子阱红外探测器的GaAs/AlxGa1-xAs量子阱能级结构进行模拟设计,将不同生长结构的量子阱材料的光响应谱和光致荧光谱(PL)与计算结果进行比较.说明量子阱生长结构与量子阱能级结构的关系.欲使量子阱红外探测器的响应峰值在8μm附近,则需量子阱结构中阱宽为47nm,垒中Al含量为029.理论计算与测试结果符合得较好. 关键词：     

器件参数对GaN基n~+-GaN/i-Al_x Ga_(1-x)N/n~+-GaN结构紫外和红外双色探测器中紫外响应的影响

研究了AlGaN层参数对GaN基n+-GaN/i-AlxGa1-xN/n+-GaN结构紫外和红外双色探测器中紫外响应的影响规律及物理机制.模拟计算发现:降低AlGaN层本底载流子浓度会增加器件的量子效率,当本底载流子浓度不能进一步降低时,可以通过减小AlGaN层的厚度以保证器件的量子效率.在材料生长和器件工艺过程中都应减少界面态.外加较小的反向偏压能大幅度提高紫外量子效率,分析表明,GaN/AlGaN/GaN形成的两个背靠背、方向相反的异质结电场是出现这些现象的根本原因.在实际器件设计中,应该根据需要调节各结构参数,以保证器件的量子效率.     

光窗口对SiGe/Si异质结光电晶体管光响应的影响

分析了不同光窗口位置和不同光窗口面积对SiGe/Si异质结光电晶体管(HPT)光响应特性的影响.光窗口位于发射区时,HPTs吸收路径长,会产生较多的光生载流子,在发射结界面产生较大的发射结光生电压,有利于发射结的电子注入,因此获得较大的集电极输出电流和光增益.当入射光波长为650 nm,集电极电压为2.0 V,光窗口面积为10μm×10μm时,SiGe/SiHPT的光增益最大可以达到9.24.光窗口位于基区时,在较大的入射光功率下,HPTs吸收区的光生载流子密度大,光生空穴发生快速驰豫的可能性增加,一定程度上缓解了空穴迁移率低对器件工作速度的限制,提高了光特征频率.当入射光波长650 nm,集电极电压2.0 V,光窗口面积为10μm×10μm时,SiGe/SiHPT的光特征频率可达16.75 GHz.对于能够获得更高光增益光特征频率优值的发射区光窗口SiGe/SiHPTs,当光窗口面积从3μm×10μm到50μm×10μm逐渐增加时,电子在发射结界面的有效注入面积增加从而光增益逐渐增大;同时发射结和集电结的结电容也随之增大,RC延迟时间增长,光特征频率却逐渐减小.光增益·光特征频率优值随着光窗口面积的增加而逐渐提高,但随着面积的增加,光增益·光特征频率优值提高的速率变慢,并有逐渐趋于饱和的趋势.     

用金属小球进行长波量子阱红外探测器的光耦合

针对实验中9.5μm峰值响应波长的n型长波量子阱红外探测器设计运用二维金属小球(铜)阵列作光耦合结构.金属小球阵列均匀填充在绝缘的胶黏剂中，基于惠更斯原理研究二维金属小球阵列体系的光耦合和光吸收，结果表明对9.5μm响应波长的长波量子阱红外探测器，采用周期为3μm，半径为0.9μm左右的金属小球阵列可以获得最佳的光耦合.优化设计后的量子效率(66%)远高于45°磨角耦合的量子效率(38%)，为实验运用金属小球阵列进行长波量子阱红外探测器的光耦合提供了基本的理论依据和详细的优化设计方案.     

具有新型有源区的量子级联探测器(特邀)

量子级联探测器是一种光伏型的子带间跃迁红外探测器,通过厚度渐变的啁啾量子阱中台阶状的子带分布,产生内建电场,使得有源区中的光生载流子定向输运,器件工作时无需外加偏压,避免了暗电流噪声的产生,能够实现室温长波红外响应。由于子带间跃迁吸收系数小、具有偏振选择性,量子级联探测器目前存在响应率低、对正入射响应无响应、探测率对温度敏感等问题。针对这些问题,本文介绍三种新型量子级联探测器有源区的设计,包括量子点/阱耦合、束缚-微带斜跃迁和小能量台阶有源区,在中波、长波和甚长波波段展现出优良的器件性能。     

半导体红外量子点发展现状与前景

半导体量子点具有独特的光学与电学性质,特别是红外量子点良好的光稳定性和生物相容性等优点使其在光电器件、生物医学等领域受到广泛关注。综述了吸收或发射光谱位于红外波段的量子点在激光、能源、光电探测以及生物医学等方面的应用现状与前景,归纳了适用于红外量子点材料的制备方法,并对比了不同方法在应用中的优势。半导体红外量子点材料选择丰富、应用形式多样:InAs量子点被动锁模激光器在1.3 μm波长处产生7.3 GHz的近衍射极限脉冲输出;InAs/GaAs量子点双波长激光器可泵浦产生0.6 nW的THz波;PbS量子点掺杂光纤放大器可在1.53 μm中心波长处实现10.5 dB光增益,带宽160 nm;CdSeTe量子点敏化太阳能电池、异质结Si基量子点太阳能电池的总转换效率可达8%和14.8%;胶质HgTe量子点制成的量子点红外探测器(QDIP)可实现3 μm~5 μm中波红外探测,Ge/Si量子点可实现3 μm~7 μm红外探测;CdTe/ZnSe核壳量子点可用于检测DNA序列的损伤与突变。半导体红外量子点上述应用形式的发展,将进一步促进红外光电系统向高效、快速、大规模集成的方向演进,也将极大地促进临床医学中活体成像检测的应用推广。     

Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si／SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源，突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制。Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响。文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理，以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展。     

量子点红外探测器的特性与研究进展

半导体材料红外探测器的研究一直吸引人们非常广泛的兴趣．以量子点作为有源区的红外探测器从理论上比传统量子阱红外探测器具有更大的优势．文章讨论了量子点红外探测器几个重要的优点，包括垂直入射光响应、高光电导增益、更低的暗电流、更高的响应率和探测率，等等．此外，报道了量子点红外探测器研究中一些最新的实验结果．在此基础上，分析了现存问题，并提出了进一步提高器件性能的几种可能途径．     

应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究

在绝缘层附着硅(SOI)结构的Si膜上生长SiGe合金制作具有SiGe量子阱沟道的SOI p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)，该器件不仅具有SOI结构的优点，而且因量子阱中载流子迁移率高，所以进一步提高了器件的性能.在分析常规的Si SOI MOSFET基础上，建立了应变SiGe SOI 量子阱沟道PMOSFET的阈值电压模型和电流-电压(I-V)特性模型，利用Matlab对该结构器件的I-V特性、跨导及漏导特性进行了模拟分析，且与常规结构的器件作了对比.模拟结果表明，应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET的性能均比常规结构的器件有大幅度提高. 关键词： 应变SiGe SOI MOSFET 阈值电压 模型     

基于石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管的光电探测器

以等离子增强化学气相沉积法制备的石墨烯作为导电沟道材料,将其与无机CsPbI_3钙钛矿量子点结合,设计并制备了石墨烯-钙钛矿量子点场效应晶体管光电探测器.研究和分析了石墨烯作为场效应晶体管的电学特性及其与钙钛矿量子点结合作为光电探测器的光电特性.结果表明,石墨烯在场效应晶体管中表现出良好的电学性质,其与钙钛矿量子点的结合对波长为400 nm的光辐射具有明显的光响应,在光强为12μW时器件光生电流最大为64μA,响应率达6.4 A·W~(-1),对应的光电导增益和探测率分别为3.7×10~4,6×10~7Jones(1 Jones=1 cm·Hz~(1/2)·W~(-1)).     

10—14 μm同时响应的双色量子阱红外探测器

实现截止波长为11.8和14.5 μm双色同时响应的量子阱红外探测器,可以同时工作在8—12 μm大气窗口和甚长波波段.在77 K下测量到很强的光电流谱.器件结构采取了较为简洁的设计,通过适当增大量子阱结构中势阱的宽度和选择合适的掺杂浓度,在同一偏压下实现了对两个波长的同时响应.两个光响应峰分别为基态到第五激发态和基态到第一激发态的跃迁吸收. 关键词： 量子阱红外探测器 双色 同时响应     

Ge0.05Si0.95/Si异质结单模共面布拉格反射波导光栅的设计与分析

GeSi/Si异质结布拉格反射光栅是硅基光电集成领域一种重要的集成光学器件,分析GeSi/Si异质结的传光特性和布拉格条件,通过求解布拉格光栅方程,得出耦合系数和耦合效率。利用上述原理设计出入射角为66°,波导层的厚度为2μm,光栅长度为4252μm,槽深为0.05μm,光栅周期为0.456μm,滤波带宽为0.214nm,耦合效率为84.1%的1.3μm Ge_0.05Si_0.95/Si异质结单模共面布拉格反射光栅,并用数值模拟了入射光波电场和反射光波电场的分布。     

波段外10.6μm激光辐照中红外PV型HgCdTe光电探测器机理分析

用波长为10.6μm的波段外连续波激光辐照PV型HgCdTe中红外光电探测器,得到了不同辐照功率密度下探测器的响应输出随激光功率密度变化的一系列实验结果。观察到探测器对波段外激光的电压响应方向与波段内激光的电压响应方向相同,随波段外激光功率密度升高,探测器的电压响应值先增大后减小。分析认为:该现象是由于探测器材料的弱吸收和基底材料的强吸收在不同时刻产生的不同的温度梯度,与材料的整体温升共同作用的结果。该温度梯度在探测器内产生温差电动势,而热激发的电子空穴对在温度梯度的作用下定向运动被结电场分离,产生热生电动势,热生电动势是波段外激光辐照下PV型探测器中电动势产生的主要机制。     

p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响

研究了p-GaN层厚度对GaN基pin结构紫外探测器性能的影响.模拟计算表明：较厚的p-GaN层会减小器件的量子效率,然而同时也会减小器件的暗电流,较薄的p-GaN层会增加器件的量子效率,但是同时也增加了器件的暗电流.进一步的分析表明,金属和p-GaN之间的结电场是出现这种现象的根本原因.在实际的器件设计中,应该根据实际需要选择p型层的厚度. 关键词： GaN 紫外探测器 量子效率 暗电流     

超长波GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器光电流谱特性研究

研究了响应波长在15μm附近的超长波GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器在不同外加偏压下的光电流谱特性.光电流谱上的两个主要由于阱宽随机涨落而呈现为高斯线形的响应峰被分别指认为量子阱基态E0到第一激发态E1和第三激发态E3的跃迁.跃迁峰随着器件上外加偏压的增大而出现线性红移现象，认为这种变化起源于激发态与基态对量子阱结构中势变化敏感性的不同，采用传输矩阵方法并考虑到电子交互作用修正进行的理论计算在定量上解释了实验结果. 关键词： 量子阱红外探测器 超长波 光电流 传输矩阵