InP/InGaAs探测器氮化硅钝化膜的ICPCVD生长技术

采用ICPCVD工艺对InP/InGaAs探测器进行SiNx薄膜钝化,讨论了不同气体比例、射频功率和反应压力对SiNx薄膜应力和致密性的影响.初步得到了低应力、良好致密性的SiNx薄膜沉积工艺.利用此工艺制作的InP/InGaAs探测器在偏压为-10 mV的暗电流比PECVD工艺制作的器件降低了一个数量级,为4.4×10-8 A.     

背照射波长延伸InGaAs面阵焦平面探测器

在MBE外延生长的In0.8Al0.2As/In0.8Ga0.2As材料上,采用台面成型方法制备了背照射32?32元InGaAs探测器,其中心距为30μm,并详细分析了探测器及其焦平面光电性能。结果表明,温度高于220K时吸收层材料热激活能为0.443eV,300K时在所考虑的偏压范围内,暗电流主要由扩散电流、产生复合电流及其欧姆漏电流构成。对组件焦平面特性也进行了研究,并通过读出电路的变积分电容测试结构测试结果提取出积分电容上的寄生电容,在测试温度范围内约为10fF左右。     

InGaAs台面探测器的AIN钝化研究

首次介绍了采用AlN介质薄膜为钝化层的InGaAs台面型探测器(λ=2.4 μm).探测器采用分子束外延(MBE)方法生长的原位掺杂的PIN In0.78Ga0.22As/In0.78Ga0.22As/InxGa1-xAs/InP 外延材料.由于台面型器件的裸露面积较大,特另q是台面的成形工艺所带来的侧面损伤,加大了光生载流子的表面复合,使器件的暗电流、噪声等性能急剧下降.采用新的AlN钝化工艺,制备了8元正照射台面InGaAs探测器,室温下(T=300 K)电压为-0.5 V时.探测器的暗电流(ID)约为9×10-8 A,优值因子(R0A)大于30 Ωcm2,通过与其他钝化工艺所制备的器件的性能进行分析对比得出:AlN能有效地改善器件的表面状态,减小表面复合,从而降低了暗电流,提高了探测器的性能.     

台面型InGaAs探测器暗电流及低频噪声研究

制备了一系列不同面积的台面型InGaAs红外探测器,通过周长面积比(P/A)的变化分析了器件的暗电流机制及低频噪声性能。结果表明,在现有的材料和工艺水平下,台面边缘和体内的产生复合电流都在总暗电流中占了较大部分。对测试结构器件的低频噪声测量表明,在反偏下,器件表现出明显的1/f噪声;由于边缘产生复合电流对小尺寸器件的影响大,其产生的噪声使得器件总噪声变大。这些结果表明,以后的工艺改进应注重减少边缘电流和体内产生复合电流。     

截止波长2.2 µm的平面型延伸波长InGaAs探测器

采用闭管扩散的方法成功研制了截止波长2.2 μm的平面型延伸波长InGaAs探测器芯片。在分子束外延法（MBE）生长的In_0.75Al_0.25As/ In_0.75Ga_0.25As/ In_0.75Al_0.25As外延材料上,采用砷化锌作为扩散掺杂源、SiN_x作为扩散掩膜层,实现了扩散成结。分析了扩散结深和载流子侧向收集宽度、I-V特性、光谱响应特性和探测率,结果表明：150 K温度下,器件暗电流密度0.69 nA/cm²@-10 mV,响应截止波长和峰值波长分别为2.12 μm和1.97 μm,峰值响应率为1.29 A/W,峰值量子效率达82%,峰值探测率为1.01×10¹² cmHz^1/2/W。这些结果对后续进一步优化平面型延伸波长InGaAs焦平面探测器有重要的指导意义。     

双异质结扩展波长InGaAs PIN光电探测器暗电流研究

模拟分析了三种不同结构的双异质结扩展波长In0.78Ga0.22As PIN光电探测器在室温下的暗电流特性,并与器件的实际测量结果进行了比较和讨论。结果表明,对于扩展波长的探测器,零偏压附近暗电流主要为反向扩散电流,随着反向偏压增加,产生复合电流和欧姆电流逐渐起主要作用。在InAlAs/InGaAs异质界面处引入的数字递变超晶格以及外延初始生长的InP缓冲层能够有效地改善探测器的暗电流特性。     

中心距10 μm截止波长2.6 μm的延伸波长InGaAs焦平面探测器

采用ICP (inductively coupled plasma etching) 刻蚀与湿法腐蚀相结合的方式, 研制了像元中心距为10μm、截止波长2. 6μm的p-i-n型10×10元延伸波长In Ga As探测器.不同温度下的电流—电压特性研究和激活能分析, 显示了器件优异的暗电流特性.在室温下, -10 mV偏压时器件的暗电流和优质因子R0A分别为0. 45 nA和14. 7Ω·cm2, 量子效率可达到63%.为了证实像元中心距减小并未影响器件性能, 与同种材料中心距30μm的InGaAs焦平面阵列进行了对比分析.相似的实验结果进一步证明了工艺的可行性, 对今后实现高密度、大面阵延伸波长InGaAs探测器具有重要的指导意义.     

延伸波长InGaAs红外探测器的实时γ辐照研究

通过实时测试方法,研究了延伸波长InGaAs红外探测器在55×104rad的γ辐照下的电流-电压特性变化,发现器件的暗电流没有明显变化,零偏电阻稍有变化,但变化的幅度很小。在辐照前后对器件的性能进行了测试,发现在辐照后器件的信号稍有下降,噪声基本不变,说明在受到辐照后器件的探测性能略有下降。对器件在辐照前后的低频噪声进行了测试,发现整个低频区的噪声都没有明显的改变。这些结论表明γ辐照对延伸波长InGaAs器件的影响较小。     

近红外InGaAs探测器台面结构对器件性能的影响

采用湿法腐蚀方式在PIN型InP/In0.53Ga0.47As/InP材料上制备了不同台面结构的正照射In0.53Ga0.47As探测器,通过比较不同结构器件的性能,如暗电流、信号、噪声,研究了器件性能跟器件结构之间的关系,并分析影响器件性能的因素。研究结果表明,探测器的暗电流、噪声与台面面积是成线性关系的,而信号与台面面积则不是线性关系。探测器的台面可分为光敏区和光敏区外部分,光敏区外部分对暗电流、噪声的贡献与光敏区是一致的,但对信号的贡献这两部分则是不一致的,这主要是由于衬底反射和器件之间的沟道光生载流子的侧向扩散所造成的。     

InGaAs PIN光电探测器的暗电流特性研究

从理论上分析了In0.53Ga0.47As PIN光电探测器在不同掺杂浓度及反向偏压下的暗电流特性,并与研制的器件的实测结果进行了比较和讨论.模拟结果表明:在低偏压下,器件中的产生复合电流起主要作用,偏压增大时,隧道电流起主要作用,且In0.53Ga0.47As光吸收层的载流子浓度对器件的暗电流有很大的影响,实测器件特性与模拟结果完全符合.文中还对器件结面积和电极尺寸等对暗电流的影响进行了比较和分析.     

Cadmium sulfide passivation of InGaAs/InP mesa p-i-n photodiodes

A cadmium sulfide (CdS) passivation process was demonstrated for the first time on InGaAs/InP p-i-n mesa photodetectors. The passivated devices produced lower reverse bias leakage currents in comparison to devices that received only a thermally deposited SiO₂ film. The subsequent deposition of SiO₂ on the passivated devices produced virtually no change to the aforementioned leakage currents even after undergoing a 3-h, 300°C thermal treatment. In contrast, similar SiO₂ capped devices, fabricated without the CdS passivating layer, show a large increase in leakage current when subjected to the same thermal cycle. Leakage current versus mesa diameter measurements suggest these results are due to reduce surface recombination at the exposed mesa sidewall. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) results indicate the S:Cd ratio of these films to be 0.77.     

延伸波长InGaAs探测器封装用二级热电制冷器性能研究

真空封装技术是延伸波长InGaAs探测器的主要封装方法之一,热电制冷器可为延伸波长InGaAs探测器焦平面提供低温环境。测试了基于真空封装技术无热负载条件下二级热电制冷器的性能,研究了二级热电制冷器在不同输入电流(功率)时冷、热端温差与热负载的关系,测试了二级热电制冷器在低温工况下的制冷性能以及二级热电制冷器处于不工作状态时的表观热导率。结果表明,热沉温度为274 K时,冷端可以达到221.4 K并实现77.5 K的冷、热端温差;当输入电流一定时,随着热负载的增加,冷、热端温差呈线性趋势减小,且斜率随着输入电流增大而增大;二级热电制冷器冷、热端温差在较高温度时更大,即制冷性能更好;当温度分别为233.1 K 和249.8 K时,表观热导率分别为11.30 W/(m·K)和8.29 W/(m·K)。     

大周长面积比延伸波长InGaAs红外焦平面噪声

在理论上分析了红外焦平面组件中光敏元、读出电路以及两者耦合的总噪声特性,对大周长面积比(38×500μm2)延伸波长InGaAs组件的噪声与温度、积分时间的关系进行了实验和分析.实验结果指出,在一定条件下组件噪声与积分时间的根号并不成正比.测量了不同温度下的组件暗信号、噪声,得到组件噪声与暗电流的关系,分析表明,该种组件噪声主要来自于1/f噪声及读出电路输入级电流噪声.     

Optical properties of Zn-diffused InP layers for the planar-type InGaAs/InP photodetectors

Zn diffusion into InP was carried out ex-situ using a new Zn diffusion technique with zinc phosphorus particles placed around InP materials as zinc source in a semi-closed chamber formed by a modified diffusion furnace.The optical characteristics of the Zn-diffused InP layer for the planar-type InGaAs/InP PIN photodetectors grown by molecular beam epitaxy (MBE) has been investigated by photoluminescence (PL) measurements.The temperature-dependent PL spectrum of Zn-diffused InP samples at different diffusion temperatures showed that band-to-acceptor transition dominates the PL emission,which indicates that Zn was commendably diffused into InP layer as the acceptor.High quality Zn-diffused InP layer with typically smooth surface was obtained at 580 ℃ for 10 min.Furthermore,more interstitial Zn atoms were activated to act as acceptors after a rapid annealing process.Based on the above Zn-diffusion technique,a 50μm planar-type InGaAs/InP PIN photodector device was fabricated and exhibited a low dark current of 7.73 pA under a reverse bias potential of-5 V and a high breakdown voltage of larger than 41 V (I ＜ 10 μA).In addition,a high responsivity of 0.81 A/W at 1.31 μm and 0.97 A/W at 1.55 μm was obtained in the developed PIN photodetector.     

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。     

Current controlled liquid phase epitaxial (CCLPE) growth of InGaAs on (100) InP

High quality epitaxial layers of In_xGa_1−xAs (x = 0.53) were grown on semi-insulating (Fe-doped) (100) InP sub-strates. The layers were grown at a constant furnace temperature of 640°C by passing a direct electric current (0–10A/cm²) from the substrate to the melt. In order to minimize the out-diffusion of Fe atoms from the bulk of the substrate during the melt saturation, the substrate was kept at a cold temperature region (340°C) within the growth chamber and remotely loaded in the graphite boat just prior to the initiation of the growth cycle. In addition to pre-venting the out-diffusion of Fe atoms, this procedure sub-stantially reduced the thermal degradation of the InP sub-strate surface. The above technique produced high quality layers having uniform thickness and good surface morphology. A study of the dependence of growth rate on the applied current density yielded an average growth rate of 0.06μm/ A-min. Room temperature Hall measurements on layers grown by CCLPE resulted in Hall mobilities μ₃₀₀ = 8900cm²/V-sec at a carrier concentration of 6.2 × l0¹⁶cm⁻³. The improve-ment in the mobility achieved by the CCLPE technique is attributed to a reduced out-diffusion of scattering centers from the substrate into the growth layer, as well as to the higher quality of epitaxial layers normally achieved by CCLPE.     

半导体p+n型气体传感器原理

半导体 p+n型气体传感器是基于气体传感器互补增强和互补反馈原理的一种新结构的气体传感器。理论分析表明 ,基于该工作原理 ,传感器的灵敏度、选择性、热稳定性及抗湿干扰的能力可以得到很大的改善。