Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真,得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响,研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现,当深扩散深度为2.3μm固定值时,浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深,相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大,电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时,会发生倍增区外的非理想击穿,导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大,倍增区中心部分雪崩击穿概率越大,而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下,浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响,但深扩散Zn掺杂浓度越高,相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。     

红外InGaAs/InP单光子探测器的温度特性研究

分析了SAGM-APD单光子探测器暗电流产生的机理;得出工作温度和偏置电压是影响SAGM InGaAs/InP单光子探测器探测性能的重要因素.通过实验,分析了三种APD在不同温度下暗电流、光电流与偏置电压的关系曲线,得出一些结论.     

硅雪崩光电二极管单光子探测器

将硅雪崩光电二极管应用于盖革模式下,制作出高量子效率、低噪音、短死时间的单光子探测器.设计并制作了雪崩抑制电路,获得探测器特性参量为无源抑制方式下死时间1μs,有源抑制下60～80ns,输出脉冲宽度15～20ns.并详细检测了探测器直到液氮温度下的特性.观察到一些新现象.     

半导体单光子雪崩光电二极管的封装发展

半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测,在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计,但后续的封装技术对其探测性能也有重要的影响。聚焦多年来半导体单光子雪崩二极管的封装发展,简要介绍了相应封装形式和技术,以及封装对于雪崩二极管性能的影响,最后对半导体单光子雪崩二极管的封装发展前景做出了展望。     

用于红外单光子探测的雪崩光电二极管传输线抑制电路模型的理论分析

结合利用雪崩光电二极管(APD)进行红外单光子探测电路模型的工作原理和特点以及传输线瞬态电脉冲产生的过程,提出了将传输线瞬态过程脉冲发生电路模型用于APD雪崩抑制的一种新方法,该方法可以实现利用APD门模工作方式进行红外单光子探测的过程.主要从理论上计算了红外单光子信号入射APD时,传输线脉冲发生电路模型中负载电阻输出电脉冲的特点,讨论了传输线终端不同边界条件对输出电脉冲的影响,通过理论计算确定了这种利用APD进行红外单光子探测新模型的电路结构与参数,证明了该电路模型用于红外单光子探测APD门模工作方式的 关键词： 红外单光子探测技术 雪崩光电二极管(APD) 抑制电路 传输线瞬态过程     

基于雪崩光电二极管的弱光探测技术研究

通过采用无源抑制方法对雪崩光电二极管的弱光探测技术进行了研究,分析了工作在盖革模式下的InGaAs APD的特性。利用APD两端的偏置电压VB在其雪崩后趋于稳定的特性,确定了其雪崩暗击穿电压,并且在水冷温控系统中,测得了APD雪崩暗击穿电压与温度的关系。结果表明,APD的雪崩暗击穿电压随着温度的上升而增大,光子群(弱光)到达时,APD探测到的在某一幅值处的脉冲数明显增加,其脉冲幅度也将增大。     

高时间稳定性的雪崩光电二极管单光子探测器

雪崩光电二极管单光子探测器是一种具有超高灵敏度的光电探测器件,在远距离激光测距、激光成像和量子通信等领域有非常重要的应用.然而,由于雪崩光电二极管单光子探测器的雪崩点对工作温度高度敏感,因此在外场环境下工作时容易出现增益波动,继而导致单光子探测器输出信号的延时发生漂移,严重降低了探测器的时间稳定性.本文发展了一种稳定输出延时的方法,采用嵌入式系统控制雪崩光电二极管,使其处于恒定温度,并实时补偿由环境温度引起的延时漂移,实现了雪崩光电二极管单光子探测器的高时间稳定性探测.实验中,环境温度从16 ℃变化到36 ℃,雪崩光电二极管的工作温度稳定在15 ℃,经过延时补偿,雪崩光电二极管单光子探测器输出延时漂移小于±1 ps,时间稳定度达到0.15 ps@100 s.这项工作有望为全天候野外条件和空间极端条件下的高精度单光子探测应用提供有效的解决方法.     

一种基于雪崩二极管电容特性提取通讯波段单光子信号的方法

InGaAs/InP雪崩二极管(APD)可用于探测光通讯波段的单光子.APD工作于门模盖革模式时,单个光子引起的雪崩电流信号通常淹没在电容瞬时充放电脉冲中,光电流信号提取困难.本文通过调整实验参数和APD的寄生电容,使雪崩信号与放电脉冲在时域上有效叠加,并由高速比较器将光电流信号直接甄别出来.本文设计的基于InGaAs/InP APD的单光子探测系统,运行稳定,方法简单可靠,说明这种利用APD的电容特性提取单光子信号是一种有效的方法.     

高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P~+/N阱结构,P~+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm~2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升.     

一种改进型单光子雪崩二极管探测概率模型及验证

基于半导体工艺器件仿真软件和Matlab编程,对光子探测概率（PDP）进行了建模和实验表征。进一步考虑器件表面二氧化硅薄膜的光透射性,可以准确预测单光子雪崩二极管（SPAD）的性能。将模拟结果与采用0.18μm标准双极-互补金属氧化物半导体-双重扩散金属氧化物半导体（BCD）工艺设计和加工的SPAD的结果进行比较。结果显示,PDP的预测结果与实验结果之间具有良好的一致性,平均误差为1.72%。该模型可以减少商用器件仿真软件中存在的不收敛问题,极大减少了开发SPAD器件新结构所需的时间和成本。     

Photon-counting laser ranging with InGaAs/InP avalanche photodiode in the passively quenched and 1-GHz sinusoidally gated

We experimentally studied photon-counting laser ranging at 1550 nm using InGaAs/InP avalanche photodiode based single-photon detectors (SPDs). The SPDs operated in the passive quenching and 1-GHz sinusoidal gating Geiger modes, corresponding to continuous and quasi-continuous photon-counting ranging, respectively. Despite that the passively quenched SPD provided relatively high effective detection efficiency, quasi-continuous photon-counting ranging excelled the continuous one with fast acquisition speed and improved depth resolution due to the short deadtime and low timing jitter of the SPD in 1-GHz sinusoidally gated mode.     

量子通信中单光子探测器的实验研究

为了提高单光子探测系统的灵敏度,实验采用InGaAs/InP雪崩光电二极管作为量子通信中的单光子探测器件,以门控脉冲模式实现了更高精度的单光子探测器的偏压生成电路、单光子信号放大电路、单光子信号检测电路和温度控制模块,并通过选用高精度前置放大器OP37和精密比较器AD8561,将量子效率提高到18.3%,暗计数控制小于4.1%×10~(-6)/ns.     

门控下InGaAs/InP单光子探测器用于符合测量的时域滤波特性研究

基于砷化镓/磷化铟雪崩光电二极管(InGaAs/InP APD)的半导体单光子探测器因工作在通信波段,且具有体积小、成本低、操作方便等优势,在实用化量子通信技术中发挥了重要作用.为尽可能避免暗计数和后脉冲对单光子探测的影响,InGaAs/InP单光子探测器广泛采用门控技术来快速触发和淬灭雪崩效应,有效门宽通常在纳秒量级.本文研究揭示了门控下单光子探测器可测量的最大符合时间宽度受限于门控脉冲的宽度,理论分析与实验结果良好拟合.该研究表明,门控下InGaAs/InP单光子探测器用于双光子符合测量具有显著的时域滤波特性,限制了其在基于双光子时间关联测量的量子信息技术中的应用.     

Extracting dark current components and characteristics parameters for InGaAs/InP avalanche photodiodes

The dark current of separate absorption grading charge multiplication (SAGCM) InGaAs/InP avalanche photodiodes has been numerical analyzed. SRH current, TAT current, BBT current and avalanche amplification combined together as the dark current have been extracted by simulation separately. The trend of punch-through voltage and breakdown voltage have been discussed, meanwhile the influence of structure parameters also has been investigated.     

MOCVD自催化法在Si(100)衬底上生长InP/InGaAs核壳结构纳米线

采用自催化法,利用金属有机化学气相沉积技术,在Si(100)衬底上成功制备了InP/InGaAs核壳结构纳米线。通过扫描电子显微镜观察纳米线形貌,在核壳结构纳米线的顶端催化剂转化成了颗粒状晶体。利用X射线衍射和透射电子显微镜研究了InP纳米线上生长InGaAs外壳的过程,并应用X射线能量色散能谱仪对纳米线顶端进行了轴向和径向的线扫描,得到了纳米线上元素组分分布。催化剂的转化发生在制备InGaAs壳之前的升温过程中,且形成的晶体中含有合金成分。InGaAs壳的组分调整可以通过改变生长过程中生长源气体的流量来实现。     

Physical modeling based on hydrodynamic simulation for the design of InGaAs/InP double heterojunction bipolar transistors

A physical model for scaling and optimizing InGaAs/InP double heterojunction bipolar transistors(DHBTs) based on hydrodynamic simulation is developed.The model is based on the hydrodynamic equation,which can accurately describe non-equilibrium conditions such as quasi-ballistic transport in the thin base and the velocity overshoot effect in the depleted collector.In addition,the model accounts for several physical effects such as bandgap narrowing,variable effective mass,and doping-dependent mobility at high fields.Good agreement between the measured and simulated values of cutoff frequency,f t,and maximum oscillation frequency,f max,are achieved for lateral and vertical device scalings.It is shown that the model in this paper is appropriate for downscaling and designing InGaAs/InP DHBTs.     

p-i-nInP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP探测器结构优化

利用半导体仿真工具Silvaco对p-i-n InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP近红外光探测器进行优化仿真.参考实际器件对红外探测器进行建模,并将其暗电流、光谱响应仿真结果与实验结果进行拟合,保证仿真结果的有效性.以减小探测器的暗电流为目的,优化其结构.针对探测器吸收层厚度和吸收层掺杂浓度对暗电流、光响应的影响进行研究,发现当吸收层厚度大于0.3μm后,暗电流不再上升,但光响应随着吸收层厚度的增加而增大;当吸收层掺杂浓度不断上升时,器件暗电流不断降低,当掺杂浓度上升到2×1017/cm3时,暗电流达到最低值.本文还研究了p-i-n型探测器的瞬态响应,探究了响应速度与反偏电压之间的关系,发现提高反偏电压能减小探测器响应时间.     

异质结界面电荷对突变InP/InGaAs异质结双极晶体管热场发射影响研究

异质结界面电荷的存在改变了异质结的内建势, 这引起了界面势垒尖峰高度和形状的扰动, 从而使异质结界面载流子的输运产生相应的变化, 最终导致异质结双极晶体管 (HBT) 性能的改变. 基于热场发射-扩散模型, 对异质结界面电荷对InP/InGaAs HBT性能的改变做了研究, 得到结论是正极性的界面电荷有利于InP/InGaAs HBT的直流和高频特性的改善, 而负极性的界面电荷则使器件的直流和高频特性变差. 关键词： InP/InGaAs异质结双极晶体管 界面电荷 内建势 热场发射     

Fabrication of highly luminescent InP/Cd and InP/CdS quantum dots

Highly luminescent InP/Cd and InP/CdS core-shell QDs were fabricated by sequential addition of cadmium acetylacetonate and dodecanethiol to InP core solutions, which showed a red-shift in absorption and emission. ICP measurement revealed the existence of cadmium and TEM images showed the increased size of InP/CdS QDs. PXRD data identified zinc blend structures of InP and InP/CdS QDs, which indexed to the (1 1 1), (2 2 0) and (3 1 1) planes. The slight shift of peaks between InP and InP/CdS QDs can demonstrate the existence of CdS shell structures.     

Self-consistent analysis of double-δ-doped InAlAs/InGaAs/InP HEMTs

We have carried out a theoretical study of double-5-doped InAlAs/InGaAs/InP high electron mobility transistor （HEMT） by means of the finite differential method. The electronic states in the quantum well of the HEMT are calculated self-consistently. Instead of boundary conditions, initial conditions are used to solve the Poisson equation. The concentration of two-dimensional electron gas （2DEG） and its distribution in the HEMT have been obtained. By changing the doping density of upper and lower impurity layers we find that the 2DEG concentration confined in the channel is greatly affected by these two doping layers. But the electrons depleted by the Schottky contact are hardly affected by the lower impurity layer. It is only related to the doping density of upper impurity layer. This means that we can deal with the doping concentrations of the two impurity layers and optimize them separately. Considering the sheet concentration and the mobility of the electrons in the channel, the optimized doping densities are found to be 5 × 10^12 and 3× 10^12 cm^-2 for the upper and lower impurity layers, respectively, in the double-5-doped InAlAs/InGaAs/InP HEMTs.