短波红外InGaAs焦平面探测器研究进展

短波红外InGaAs焦平面探测器具有探测率高、均匀性好等优点,在航天遥感、微光夜视、医疗诊断等领域具有广泛应用。近十年来,中国科学院上海技术物理研究所围绕高灵敏度常规波长（0.9～1.7 μm） InGaAs焦平面、延伸波长（1.0～2.5 μm） InGaAs焦平面以及新型多功能InGaAs探测器取得了良好进展。在常规波长InGaAs焦平面方面,从256×1、512×1元等线列向320×256、640×512、4 000×128、1 280×1 024元等多种规格面阵方面发展,室温暗电流密度优于5 nA/cm2,室温峰值探测率优于5×1012 cm·Hz1/2/W。在延伸波长InGaAs探测器方面,发展了高光谱高帧频1 024×256、1 024×512元焦平面,暗电流密度优于10 nA/cm2和峰值探测率优于5×1011 cm·Hz1/2/W@200 K。在新型多功能InGaAs探测器方面,发展了一种可见近红外响应的InGaAs探测器,通过具有阻挡层结构的新型外延材料和片上集成微纳陷光结构,实现0.4～1.7 μm宽谱段响应,研制的320×256、640×512焦平面组件的量子效率达到40%@0.5 m、80%@0.8 m、90%@1.55 m;发展了片上集成亚波长金属光栅的InGaAs偏振探测器,其在0 °、45 °、90 °、135 °的消光比优于20:1。     

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。     

ICP刻蚀对光刻胶掩模及刻蚀图形侧壁的影响

采用AZ1500光刻胶作为掩模对GaAs和InP进行ICP刻蚀,研究了刻蚀参数对光刻胶掩模及刻蚀图形侧壁的影响。结果表明,光刻胶的碳化变性与等离子体的轰击相关,压强、ICP功率和RF功率的增加以及Cl2比例的减小都会加速光刻胶的碳化变性,Cl2/Ar比Cl2/BCl3更易使光刻胶发生变性。对于GaAs样品刻蚀,刻蚀气体中Cl2含量越高,刻蚀图形侧壁的横向刻蚀越严重。Cl2/BCl3对GaAs的刻蚀速率比Cl2/Ar慢,但刻蚀后样品的表面粗糙度比Cl2/Ar小。刻蚀InP时的刻蚀速率比GaAs样品慢,且存在图形侧壁倾斜现象。该工作有助于推动在器件制备工艺中以光刻胶作为掩模进行ICP刻蚀,从而提高器件制备效率。     

（英）组分过冲对InP基InAlAs递变缓冲层的影响

通过在InP基InxAl1-xAs 递变缓冲层上生长In0.78Ga0.22As/In0.78Al0.22As量子阱和In0.84Ga0.16As探测器结构,研究了缓冲层中组分过冲对材料特性的影响。原子力显微镜结果表明,在InAlAs缓冲层中采用组分过冲可以使量子阱及探测器样品表面粗糙度都得到降低。对于相对较薄的量子阱结构,X射线衍射倒易空间扫描图和光致发光谱的测量表明,使用组分过冲可以增加弛豫度、减小剩余应力并改善光学性质。而对于较厚的探测器结构,X射线衍射和光致发光谱测试发现使用组分过冲后的材料性质没有明显的变化。量子阱和探测器结构的这些不同特性需要在器件设计应用中加以考虑。     

中红外半导体光源和探测器件及其应用

中红外波段(2～25 μm)的光电子器件在气体检测、红外遥感和红外对抗等领域都有重要应用.介绍了笔者近年来在中红外波段的半导体光源和光电探测器方面的工作进展,包括InP基量子级联激光器、2μm波段锑化物量子阱激光器和波长扩展InGaAs光伏型探测器的研制以及器件应用方面的工作.这些光电子器件所用高性能材料都是笔者采用分...     

基于MIS电容器的Al2O3与In0.74Al0.26As的界面特性

采用In_0.74Al_0.26As/In_0.74Ga_0.26As/In_xAl_1-xAs异质结构多层半导体作为半导体层,制备了金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器。其中,SiN_x和SiN_x/Al₂O₃分别作为MIS电容器的绝缘层。高分辨率透射电子显微镜和X射线光电子能谱的测试结果表明,与通过电感耦合等离子体化学气相沉积生长的SiN_x相比,通过原子层沉积生长的Al2_O3可以有效地抑制Al₂O₃和In_0.74Al_0.26As界面的In₂O₃的含量。根据MIS电容器的电容-电压测量结果,计算得到SiN_x/Al₂O₃/In...     

（英）数字递变异变赝衬底上2.6 μm In0.83Ga0.17As/InP光电探测器的性能改进

本文研究了In_0.83Al_0.17As/In_0.52Al_0.48As数字递变异变缓冲层结构(DGMB)的总周期数对2.6 μm延伸波长In_0.83Ga_0.17As光电二极管性能的影响。实验表明,在保持总缓冲层厚度不变的情况下,通过将在InP衬底上生长的In_0.83Al_0.17As/In_0.52Al_0.48As DGMB结构的总周期数从19增加到38,其上所生长的In_0.83Ga_0.17As/In_0.83Al_0.17As光电二极管材料层的晶体质量得到了显著改善。对于在总周期数为38的DGMB上外延的In_0.83Ga_0.17As光电二极管,观察到其应变弛豫度增加到99.8％,表面粗糙度降低,光致发光强度和光响应度均增强,同时暗电流水平被显著抑制。这些结果表明,随着总周期数目的增加,DGMB可以更有效地抑制穿透位错的传递并降低残余缺陷密度。     

InGaAs/InP界面控制对InGaAs薄膜电学和光学性质 的影响

研究了全固态源分子束外延(MBE)生长InGaAs/InP异质结界面扩散对InGaAs外延薄膜电学和光学性质的影响.通过X射线衍射、变温霍尔测试和变温光致发光等方法对InGaAs薄膜样品进行细致研究.发现在InGaAs/InP界面之间插入一层利用As_4生长的InGaAs过渡层,能够显著改善上层InGaAs(利用As_2生长)外延薄膜的电学性能,其低温迁移率显著提高.同时荧光峰反常蓝移动消失,光学性质有所改善.研究表明利用As_4生长InGaAs过渡层,可显著降低As在InP中反常扩散,获得陡峭的InGaAs/InP界面,从而提高InGaAs材料电学和光学性能.     

全息光刻和二次显影法制备柱形二维光子晶体

采用全息光刻和二次显影的方法制备了柱形二维光子晶体.在此过程中,二维点状的周期结构首先在正性光刻胶上直接形成,然后经由Si3N4硬掩模转移到衬底材料上.利用二次显影的方法,曝光强度最强和曝光强度中等区域的光刻胶能够被同时充分显影,而曝光强度最弱区域的光刻胶则可以完全被保留下来.通过调节入射角,可以方便地调节二维结构的周期.利用此方法,在相对较大的面积上制备了不同周期的二维结构,二维结构具有很好的均匀性和重复性.文章对有关的工艺参数进行了详细讨论.     

Structural and Photoluminescence Properties for Highly Strain-Compensated InGaAs/InA1As Superlattice ＊

The effects of strain compensation are investigated by using twenty periods of highly strain-compensated InGaAs/InA1As superlattice. The lattice mismatches of individual layers are as high as about 1%, and the thicknesses are close to critical thicknesses. X-ray diffraction measurements show that lattice imperfectness is not serious but still present, though the structural parameters are within the range of theoretical design criteria for structural stability. Rough interfaces and composition fluctuations are the primary causes for lattice imperfecthess. Photoluminescence measurements show the large thermally activated nonradiative recombination in the sample. In addition, the recombination process gradually evolves from exeitonic recombination at lower temperatures to band-to-band recombination at higher temperatures, which should be considered in device applications.