氢氟酸处理InP/GaP/ZnS量子点的光学性能及其发光二极管应用

采用氢氟酸(HF)原位注入法制备了InP/GaP/ZnS量子点。通过紫外/可见/近红外光谱、光致发光光谱、透射电镜、球差校正透射电镜、X射线衍射、X射线光电子能谱等测试手段分析了HF对InP量子点的发光性能影响。实验结果表明,HF刻蚀减少了量子点表面氧化缺陷状态,有效控制了InP核表面的氧化,并且原子配体形式的F-钝化了量子点表面的悬挂键,显著提升了量子点的光学性能。HF处理的InP/GaP/ZnS量子点具有最佳的发光性能,PLQY高达96%。此外,用HF处理InP/GaP/ZnS量子点制备的发光二极管,其发光的电流效率为6.63 cd/A,最佳外量子效率(EQE)为3.83%。

InP衬底上制备GaInAsP/GaInAs双结太阳电池的研究

基于InP衬底的GaInAsP/GaInAs太阳电池是制备五至六结叠层太阳电池必需的低带隙子电池。采用MOCVD制备了与InP衬底晶格匹配的Ga_(0.47)In_(0.53)As三元材料和Ga_(0.16)In_(0.84)As_(0.3)P_(0.7)四元材料,禁带宽度分别为0.77和1.11 eV,它们都具有较高的晶体质量。以此为有源层制备了GaInAsP/GaInAs双结叠层太阳电池,该双结太阳电池的开路电压为1.09V,光电转换效率为11.2%(AM0,25℃)。

MBE脱氧条件与InGaAs/InP APD性能的相关性

InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管(APD)对近红外光具有高敏感度,使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂,厚度尺寸从量子点到几微米不等,性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延(MBE)技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As薄膜和APD结构材料。实验结果表明,As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势,可获得陡直明锐的异质结界面,降低载流子浓度,提高霍尔迁移率,延长少子寿命,并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此,As脱氧可以有效提高MBE材料的质量,这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。

基于101.6 mm晶圆35 nm InP HEMT工艺的340 GHz低噪声放大器芯片研制

实现了在101.6 mm InP晶圆上制备35 nm的增强型InP高电子迁移率晶体管。通过InAs复合沟道外延结构设计,使得室温二维电子气迁移率面密度乘积达到4.2×10^(16)/(V·s)。采用了铂钛铂金埋栅工艺技术,典型器件最大跨导达到2900 mS/mm,电流增益截止频率达到460 GHz,最高振荡频率为720 GHz。同时研制出340 GHz低噪声放大器芯片,在310~350 GHz内小信号增益22~27 dB,噪声系数在8 dB以下。建立了340 GHz InP低噪声放大器芯片技术平台,为太赫兹低噪声单片微波集成电路的发展奠定基础。

THz InP HEMT和HBT技术的最新研究进展

概述了太赫兹（THz）InP技术的优势、应用前景及美国的发展规划。重点对国外THzInP高电子迁移率晶体管（HEMT）和异质结双极晶体管（HBT）的技术进展和突破进行了详细阐述，其中国外HEMT和HBT器件的工作频率都达到了1THZ以上，国外报道的650GHz以上的InP太赫兹单片集成电路（TMIC）很多，包括低噪声放大器和功率放大器等，并且性能优异。介绍了我国THzInP技术的研究现状，国内InPHEMT和HBT器件的工作频率最高可达600GHz，电路的工作频率在300GHZ左右。最后，对国内外的最新技术水平进行了对比，并在对比的基础上针对存在的问题提出了我国在THzInP领域的发展建议。

γ辐照对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器性能的影响

对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器(SPADs)进行了总剂量为10 krad(Si)和20 krad(Si)的γ辐照,并进行了原位和移位测试。辐照后,暗电流和暗计数率有轻微的下降,而探测效率和后脉冲概率基本不变。经过一定时间的室温退火后,这些退化基本恢复,这表明瞬态电离损伤在γ辐照对InGaAsP/InP单光子雪崩探测器的损伤中占主导地位。

电流增益截止频率为441 GHz的InGaAs/InAlAs InP HEMT

本文设计并制作了fT>400 GHz的In_(0.53)Ga_(0.47)As/In_(0.52)Al_(0.48)As铟磷高电子迁移率晶体管(InP HEMT)。采用窄栅槽技术优化了寄生电阻。器件栅长为54.4 nm,栅宽为2×50μm。最大漏极电流IDS.max为957 mA/mm,最大跨导gm.max为1265 mS/mm。即使在相对较小的VDS=0.7 V下,电流增益截止频率fT达到了441 GHz,最大振荡频率fmax达到了299 GHz。该器件可应用于太赫兹单片集成放大器和其他电路中。

VB/VGF法制备掺FeInP晶体的电阻率均匀性

针对4.5英寸(1英寸≈2.54 cm)掺Fe InP晶体普遍存在的轴向和径向电学参数分布不均匀问题,深入研究了晶体生长工艺参数对电学参数分布的影响。结合垂直布里奇曼(VB)法和垂直梯度凝固(VGF)法,利用六段温区控制及坩埚线性下降的装置,优化了坩埚的旋转和下降速度,以调节掺杂剂Fe在熔体中的分凝、固液界面形状及晶体头部与尾部的生长速度。这些措施不仅改善了晶体的固液界面形状,使其由较凹变得平缓,同时实现了晶体生长速率的合理匹配与温度梯度的精确控制,显著提升了晶体的位错密度和电学参数的均匀性。与传统VGF法相比,VB/VGF法掺Fe InP晶体的轴向电阻率差值降低了259%,径向电阻率均匀性提高了2.0%~7.1%。

基于InP HEMT的太赫兹分谐波混频器芯片设计

基于70 nm InP高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺,研制了一款175~205 GHz分谐波混频器太赫兹单片集成电路(TMIC)。使用三线耦合Marchand巴伦实现本振信号的平衡-不平衡转换。在射频端口设计了紧凑型耦合线结构的带通滤波器,实现对射频信号低损耗带通传输的同时缩小了芯片尺寸。测试结果表明混频器在175~205 GHz频率范围内,单边带(SSB)变频损耗小于15 dB,典型值14 dB。混频器中频频带为DC~25 GHz,射频端口对本振二次谐波信号的隔离度大于20 dB。芯片尺寸为1.40 mm×0.97 mm,能够与相同工艺的功率放大器、低噪声放大器实现片上集成,从而满足太赫兹通信等不同领域的应用需求。

InP层对正面及背面入光PIN探测器响应度影响研究

InP盖层对光的吸收及入射光在探测器多界面间的多次反射,使InP层对InGaAs/InPPIN探测器的响应度产生了很大的影响。本文测量了正面和背面入光PIN探测器的响应度,并与测量的InP晶片透射率及模拟的透射率进行比较,分析了InP层对正面及背面入光PIN探测器响应度的影响。结果表明,随着InP层厚度的增加,响应度峰与峰的间隔Δλ不断减小,波形越来越密集。所以正面入光探测器的响应度起伏比较明显,且随着InP层厚度的增加,响应度极值对应的波长发生红移。背面入光探测器的响应度非常密集而成为准连续的带状。

低维InP材料的表征和生长机理研究

磷化铟作为一种重要的Ⅲ-Ⅴ半导体材料,由于其独特的光学和电学特性,近年来备受关注。大量的研究表明,它在光电子、催化、医学等领域具有潜在的应用前景。但目前在低维InP纳米材料的可控制备和大规模合成研究中还存在一些问题有待解决。针对上述问题,采用化学气相沉积法(CVD)在Si/SiO_(2)衬底上成功地制备了大量高质量的InP纳米线,并用原位生长法在多晶InP衬底上生长了大量的InP纳米柱。利用扫描电子显微镜(SEM)观察所制备的纳米材料的形貌,纳米线表面光滑,直径在30~65 nm之间,纳米线组成的薄膜厚度约为35μm;纳米柱直径分布为550~850 nm,纳米柱组成的薄膜厚度约为12μm。利用能量色散谱(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)分析了所制备的纳米材料的成分为InP。用拉曼光谱法测定了纳米材料的化学结构,并做了进一步的分析。透射电子显微镜(TEM)用于观察纳米材料的微观结构。研究发现,本研究制备的纳米线具有很高的结晶度,沿着[111]方向生长。使用选区电子衍射(SAED)分析纳米线晶体特性时发现了清晰的衍射点,表明其为单晶结构。使用光致发光光谱仪(PL)分析其发光特性,并进一步分析。最后,我们讨论了纳米线和纳米柱的形成机制,纳米线的生长遵循气-液-固(VLS)机制,纳米柱的生长遵循固-液-固(SLS)机制。这些研究为控制InP纳米材料的制备和大规模生产提供了更多可能性。

8寸CMP设备对小尺寸镀铜InP晶圆的工艺开发

为了实现在8寸化学机械抛光设备上进行小尺寸镀铜InP晶圆的减薄抛光工作,提高设备的兼容性,缩减工艺步骤,减少过多操作导致InP晶圆出现裂纹暗伤和表面颗粒增加等问题,自制特殊模具,使小尺寸InP晶圆在8寸化学机械抛光设备上进行加工,再根据InP晶圆易碎的缺陷问题,通过调整设备的抛光头压力、转速和抛光垫的转速等相关工艺参数,使其满足后续键合工艺的相关需求。实验结果表明:在使用特殊模具下,当抛光头的压力调整为20.684 kPa、抛光头与抛光垫的转速分别为:93 r/min和87 r/min时,InP晶圆的表面粗糙度达到:Ra≤1 nm;表面铜层的去除速率达到3857×10^(-10)/min;后续与8寸晶圆的键合避免键合位置出现空洞等缺陷,实现2寸InP晶圆在8寸设备上的CMP工艺,大大降低了CMP工艺成本,同时避免晶圆在转移过程中出现表面颗粒度增加和划伤的情况,实现了InP晶圆与Si晶圆的异质键合及Cu互连工艺。

InP中点缺陷迁移机制的第一性原理计算

磷化铟作为重要的第二代半导体材料,具有禁带宽度大、电子迁移率高、光电转换效率高、抗辐照性能强等优点,是制备航天器电子器件优良材料之一.但空间辐射粒子在磷化铟电子器件中会产生点缺陷,导致其电学性能发生严重下降.本文采用第一性原理方法对磷化铟中点缺陷的稳态结构进行研究,并计算了最近邻位点的缺陷迁移能.通过构建不同电荷态点缺陷的稳态结构,发现了4种稳态结构的铟间隙和3种稳态结构磷间隙.研究空位点缺陷的迁移过程,发现磷空位比铟空位迁移能高,同时带电空位点缺陷迁移能高于中性空位.对于间隙点缺陷迁移过程的研究发现,相较于空位点缺陷,间隙点缺陷迁移能更小.在不同电荷态的铟间隙迁移过程计算中,发现了两种不同的迁移过程.计算磷间隙的迁移过程,发现了特殊的中间态结构引起多路径迁移情况.研究结果有助于深入了解磷化铟材料中缺陷的形成机制和迁移行为,对于设计和制造空间环境中长期稳定运行的磷化铟器件有重要意义.

近地轨道质子和α粒子入射InP产生的位移损伤模拟

磷化铟(InP)材料具有禁带宽度大、电子迁移率高、耐高温、抗辐照等优点,是制备航天器电子器件的优良材料.近地轨道内的质子和α粒子对近地卫星威胁巨大,其在InP电子器件中产生的位移损失效应是导致InP电子器件电学性能下降的主要因素.本文使用蒙特卡罗软件Geant4研究近地轨道的质子与α粒子分别经过150μm二氧化硅和2.54 mm铝层屏蔽后,在500/1000/5000μm InP材料中产生的非电离能量损失(non-ionizing energy loss,NIEL)、平均非电离损伤能随深度分布以及年总非电离损伤能.研究发现:低能质子射程短且较易发生非电离反应,入射粒子能谱中低能粒子占比越大,材料厚度越小,NIEL值越大;计算质子和α粒子年总非电离损伤能,质子的年总非电离损伤能占比达98%,表明质子是近地轨道内产生位移损伤的主要因素;α粒子年总非电离损伤能占比小,但其在InP中的NIEL约为质子的2-10倍,应关注α粒子在InP中产生的单粒子位移损伤效应.本文计算为InP材料在空间辐射环境的应用提供了参考依据.

BCB/InP基宽带低损耗共面波导微波传输线

面向高速行波电吸收（EA）调制器的需要，设计并制作了基于苯并环丁烯（BCB）聚合物／InP衬底的宽带（0～40GHz）、低损耗微波共面波导传输线。对共面波导结构开展仿真设计，分别对BCB材料厚度、InP衬底导电率和信号电极宽度等关键参数进行了优化。结果表明，当设计的BCB膜厚为4μm、InP衬底导电率小于0．002（Ω·cm）^-1和信号线宽度为84μm时，微波传输性能可达最优。在此基础上，采用电阻率为10^8μΩ·cm的半绝缘（SI）InP衬底、涂覆4μmBCB薄膜，制作出0～40GHz范围内微波损耗小于0．5dB／mm的共面波导传输线。

InP/InGaAs/InP红外光电阴极时间响应特性的模拟研究

文中理论研究了InP/In0.53Ga0.47As/InP异质结透射式红外光电阴极的时间响应特性，光谱响应范围1.0～1.7μm。在场助偏压的作用下，模拟计算了光激发的电子在阴极内部的传输特性。模拟计算表明，光电阴极的响应速度随场助偏压的增大而加快；随光吸收层厚度的增大而减慢；随光吸收层掺杂浓度的增大，光电阴极的响应速度变慢。发射层厚度及掺杂浓度的增大都会使得阴极的响应时间加长。经过对阴极结构参数和掺杂浓度的优化，得到在吸收层和发射层厚度分别为2μm、0.5μm，掺杂浓度分别为1.5×1015 cm-3、1.0×1016 cm-3时，在适当场助偏压下光电阴极的响应时间可优于100 ps。

有效跨导为1052mS/mm的高性能InP基In_(0.52)Al_(0.48)As/In_(0.53)Ga_(0.47)As HEMTs(英文)

成功研制了栅长为0.15μm、栅宽为2×50μm、源漏间距为2μm的InP基In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As高电子迁移率器件.室温下,当器件VDS为1.7 V、VGS为0.1 V时,其有效跨导达到了1 052 mS/mm.传输线方法(TLM)测试显示器件的接触电阻为0.032Ω.mm,器件欧姆接触电阻率为1.03×10-7Ω.cm-2.正是良好的欧姆接触及其短的源漏间距减小了源电阻,进而使得有效跨导比较大.器件有比较好的射频特性.从100 MHz到40 GHz,S参数外推出来的fT和fmax分别为151 GHz和303 GHz.所报道的HEMT器件非常适合毫米波段集成电路的研制.

一种新的高成品率InP基T型纳米栅制作方法

提出了一种新的 PMMA/ PMGI/ PMMA三层胶复合结构 ,通过一次对准和电子束曝光、多次显影在 In PPHEMT材料上制作出高成品率的 T型纳米栅 .在曝光显影条件变化 2 0 %的情况下 ,In P HEMT成品率达到 80 %以上 ;跨导变化范围在 5 90～ 6 10 m S/ mm,夹断电压为 - 1.0～ - 1.2 V,器件的栅长分布均匀 .这种新的结构工艺步骤少 ,工艺宽容度大 ,重复性好 。

基于InGaAs/InP雪崩光电二极管的高速单光子探测器雪崩特性研究（英文）

报道了一种基于InGaAs/InP雪崩光电二极管、1.25GHz正弦波门控及贝塞尔低通滤波器的1.25GHz高速短波红外单光子探测器.通过调整比较电路的鉴别电平,实验研究了单光子探测器雪崩信号幅度随反向直流偏压的变化.随着鉴别电平的提高,单光子探测器的探测效率及暗计数率均呈指数衰减,而后脉冲概率先增大到一个峰值,然后减小.研究表明,为获得更高的性能,需要尽量降低单光子探测器的鉴别电平.

可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器

由于标准InP/In0.53Ga0.47As短波红外探测器的响应波段为0.87~1.7μm,在高性能夜视中具有重要的应用。为了进一步利用夜天光在可见光区间的辐射能量,需要将InP/In0.53Ga0.47As短波探测器的光谱响应拓展到可见光,从而实现包含可见光和短波波段的宽光谱探测。通过特殊的材料设计和背减薄工艺,成功研制了可见光拓展的320×256 InP/InGaAs宽光谱红外探测器。采用增加滤光片的方法完成了器件在可见光、短波的成像演示,结果表明：目标在可见光、短波波段呈现出不同的特征信息,而不加滤光片的可见光拓展InP/InGaAs宽光谱红外探测器则探测到两个波段的信息,既包含目标的可见光信息同时也具有短波信息,从而实现了可见/短波双波段探测的效果,可显著提升对目标的探测能力。