基于DBR增强的850 nm GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器

高速850 nm GaAs/AlGaAs面入射型单行载流子光电探测器(PD)是短距离光链路中的重要器件,面临着带宽和响应度之间的相互矛盾。报道了一种基于分布布拉格反射器(DBR)增强的GaAs/AlGaAs单行载流子光电探测器(UTC-PD)。DBR由20个周期的高/低Al组分的Al_(x)Ga_(1-x)As三元合金组成,可以在830~870 nm范围内形成大于0.9的反射。在AlGaAs DBR的增强下,将GaAs吸收层所需的厚度降低到1 040 nm,兼顾PD对光的吸收率和光生载流子的渡越时间。采用双台面、聚合物平面化、共面波导电极结构制作了UTC-PD器件。该器件在850 nm波长、-2 V偏压下具有19.26 GHz的-3 dB带宽和0.492 6 A/W的响应度。

VGF半绝缘GaAs单晶片的碱腐蚀特性研究

研究了半绝缘GaAs的碱性腐蚀液的温度、配比对半绝缘GaAs晶片的几何参数、粗糙度、腐蚀速率等的影响,根据碱性腐蚀原理;解释了腐蚀液温度对晶片翘曲度的改善原因,以及腐蚀速率随温度和配比的变化规律;实验结果表明在碱性腐蚀液中晶片的TTV和粗糙度比较稳定。

弱光触发下GaAs光电导开关的载流子输运和热失效机制

弱光触发下高倍增砷化镓光电导开关(GaAs PCSS)内以丝状电流为表现形式的载流子输运机制对其瞬态工作特性和寿命研究有重要意义。该文基于有限元方法构建了GaAs PCSS的物理模型,结合丝状电流的生热机制对1.5μJ弱光触发下开关的瞬态输出电流和晶格温度进行了仿真分析,考察了偏置电场对GaAs PCSS输出特性的影响。通过不同时刻开关内部的瞬态电场、电子浓度和晶格温度等方面研究了高倍增模式下GaAs PCSS的光生载流子输运过程和损伤机理。结果表明,高密度丝状电流的存在伴随于高场畴的产生和发展。开关内部电场越高,负微分效应引起的载流子聚束现象越明显,相应的电子浓度和晶格温度值也越高;在浓度达1017 cm^(-3)数量级的等离子体通道中,阳极附近电场强度和晶格温度最大值分别为220 kV/cm和821.92 K。

基于GaAs工艺的片上宽带功率分配器

提出了一种基于砷化镓—集成无源器件(GaAs-IPD)工艺的宽带3dB功率分配器。使用多节级联以及集总参数等效的方法,实现了宽带小型化设计;使用RC串联隔离网络实现宽带内的高隔离性能。对提出的功分器进行了理论分析,并以20GHz为中心频率完成设计,电路尺寸为0.04λ0×0.053λ0,λ0为中心频率处的自由空间波长。经过测试,其相对工作带宽为80%,带内插损0.7dB,端口隔离高于20dB。测试结果与仿真结果保持了良好的一致性。

基于电源调制的L波段高性能GaAsHBT功率放大器

介绍了一种基于GaInP/GaAs异质结双极晶体管(HBT)工艺、电源调制的高峰均比、高功率附加效率L波段功率放大器芯片,可满足多载波聚合、大容量通信系统的要求。从器件层面控制基极表面复合、寄生电阻和电容,实现低膝点电压、跨导均匀的晶体管;在电路层面采用自适应偏置电路和谐波调谐等提升线性和功率附加效率。该放大器采用前级驱动加末级输出、驱动比为1∶6的两级晶体管架构和高低通搭配的匹配电路。测试结果表明,在5 V偏置电压下,该功率放大器的饱和输出功率大于35 dBm;在大功率回退时(8 dBm),增益变化小于2 dB,功率附加效率指标达到50%;对于调制带宽为25 kHz的16进制正交振幅调制(16QAM)通信系统,邻道功率比小于-38 dBc@27 dBm。

透射式GaAs光电阴极性能提高以及结构优化

为了提高透射式GaAs光电阴极性能,将国内与美国ITT公司的透射式GaAs光电阴极量子效率曲线进行对比,可知我国透射式光电阴极积分灵敏度已经达到2130μA/lm,美国ITT达到了2330μA/lm.利用修正后的量子效率、光学性能以及积分灵敏度的理论模型,分别对两者进行光学结构拟合.结果表明,国内光电阴极在窗口层和发射层的厚度、电子扩散长度以及后界面复合速率等方面均与ITT有一定差距.为了缩短两者的差距,优化阴极结构参数,具体研究了电子扩散长度和发射层厚度对量子效率的影响,结果表明如果均匀掺杂透射式GaAs光电阴极发射层厚度为1.3μm、电子扩散长度为7μm,则积分灵敏度可以达到2800μA/lm以上.

基于0.1-μm GaAs pHEMT工艺的最小噪声系数3.9 dB的66~112.5 GHz低噪声放大器

本文基于0.1-μm砷化镓赝配高电子迁移率晶体管(GaAs pHEMT)工艺,研制了一款覆盖整个W波段的宽带低噪声放大器。提出了一种由双并联电容组成的旁路电路,能够提供宽带射频接地,减小了级间串扰,利于实现宽带匹配。采用双谐振匹配网络实现了宽带的输入匹配和最佳噪声匹配。实测结果显示,最大增益在108 GHz处达到20.4 dB,在66~112.5 GHz范围内,小信号增益为16.9~20.4 dB。在90 GHz处,实测噪声系数为3.9 dB。实测的输入1-dB压缩点在整个W波段内约为-12 dBm。

一种基于GaAs pHEMT工艺的18~40 GHz六位高精度数控移相器

基于0.15μm GaAs pHEMT工艺研制了一款工作频率为18~40 GHz的高精度六位数控移相器芯片。其中5.625°、11.25°和22.5°移相位采用了改进型的串并联电容移相结构,该结构可通过增加串联电感改善移相精度;45°和90°移相位采用了磁耦合全通网络型移相结构;180°移相位使用了基于串并联谐振结构的改进型移相器电路,拓展了移相器带宽,提高了移相精度。移相器芯片的实际加工面积为2.8 mm×1.4 mm。芯片的测试结果表明,在18~40 GHz频率范围内,移相精度均方根误差小于2.3°,移相寄生调幅均方根误差小于0.7 dB,全态损耗小于13.5 dB,全态输入、输出驻波分别小于1.7、1.9。

8英寸半导电型GaAs单晶衬底的制备与性能表征

本文使用垂直梯度凝固(VGF)法制备了直径超过200 mm的Si掺杂GaAs单晶。通过多线切割、磨边、研磨、化学机械抛光和湿法化学清洗等加工工序制备出8英寸半导电型GaAs单晶衬底。使用X射线衍射、位错密度检测、霍尔测试、非接触式表面电阻率测试、光致发光测试和晶圆表面缺陷检测等对8英寸GaAs衬底的晶体质量、位错、电学性能和表面质量等特性进行了测试分析。结果表明:衬底(400)衍射峰半峰全宽低于0.009°;平均位错密度低于30 cm^(-2),其中,晶体头部平均位错密度为1.7 cm^(-2),且有98.87%的面积位错密度为0;衬底面内电阻率标准差小于6%,面内光致发光强度标准差小于4%,≥0.2μm的表面光点缺陷(LPD)个数小于10。上述结果表明,所制备的8英寸GaAs衬底质量优异,满足外延器件对高质量衬底的要求。

Zn、Si掺杂GaAs纳米线的发光性能

为探明掺杂对硅基GaAs纳米线发光性能的影响机理,采用金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术,以气-液-固(VLS)生长机制为基础,在硅基上实现了Zn和Si掺杂的GaAs纳米线制备。通过变温、变功率光致发光(PL)等表征手段发现,未掺杂与Si掺杂GaAs纳米线具有更优异的发光质量,带隙随温度的变化规律符合Varshni公式,发光来源为自由激子复合(α>1)。而Zn掺杂纳米线的发光峰出现极大展宽,发光来源为缺陷或杂质相关跃迁(α<1),峰位随激发功率的变化规律与P^(1/3)成正比。结合透射电子显微镜(TEM)测试结果进一步表明,Zn掺杂纳米线中出现了纤锌矿/闪锌矿(WZ/ZB)混合结构,是导致GaAs纳米线发光质量变差的主要原因。

基于AlN钝化层的异面GaAs光电导开关初步研究

为解决GaAs光电导开关(PCSS)电极接触区局部高电场和热累积效应的问题。引入高热导率、高临界击穿电场强度及热稳定性优的AlN薄膜钝化GaAs PCSS,探索了AlN薄膜的制备工艺,分析了其元素成分、折射率及特征击穿电场强度(Eb)。同时制备了AlN-GaAs PCSS,分析了不同偏置电压下PCSS的瞬态特性,探究了GaAs PCSS的损伤机制。结果表明,溅射功率为40 W、Ar:N2比为24:2、压强为0.8 Pa时,AlN薄膜的质量最优;在905 nm、2μJ、50 kV/cm下,AlN-GaAs PCSS输出幅值为9.6 kV、上升时间为450 ps、脉冲宽度为2.3 ns,初步验证AlN薄膜的引入在提升GaAs PCSS可靠性方面具有可行性。

Sub-6 GHz GaAs pHEMT高功率吸收型单刀双掷开关

基于0.5μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(pHEMT)工艺,设计了一款高功率吸收型单刀双掷开关芯片。芯片采用堆叠技术和前馈电容技术来提高功率容量和线性度。通过在传统串并联结构的输出端口引入串并联阻容匹配网络,实现了芯片在导通和关断状态下的良好端口匹配。该开关芯片的尺寸为0.82 mm×0.37 mm。实测结果显示,在0.7~6.0 GHz的工作频段内,该开关实现了低于1.1 dB的插入损耗、高于36 dB的隔离度、优于15 dB的通路回波损耗和优于10 dB的断路回波损耗。此外,0.1 dB功率压缩点在1、2、4和6 GHz时,均约40 dBm。

星载微波组件GaAs放大芯片的失效分析

针对某星载微波组件老练试验中GaAs放大芯片失效问题,从内部目检、Ⅰ-Ⅴ特性测试、电致发光检测以及密封管壳内部气体成分检测方面进行了综合分析。问题定位于GaAs放大芯片“氢中毒”。通过试验,将微波组件金属管壳进行高温真空烘烤除氢,同时在组件中增加吸氢材料,能有效避免GaAs放大芯片“氢中毒”问题。

基于GaAs工艺的超宽带低插入损耗高通滤波器

基于GaAs工艺设计了一款超宽带低插入损耗高通滤波器,在传统的高通滤波器中加入LC并联谐振电路,构建了一种新颖的拓扑结构,形成了高电阻、低电流的电路条件,同时促进了滤波器单元间的内部耦合,提升了带外抑制能力,改善了电路的陡降性。利用ADS仿真软件进行仿真设计,并对芯片进行了流片验证。该款高通滤波器的截止频率为28 GHz,带内插入损耗小于1.8 dB,芯片尺寸为1.65 mm×0.635 mm×0.1 mm,在DC~2 GHz的带外抑制大于等于77 dB,在DC~4 GHz时陡降为135 dB。

基于0.15μm GaAs工艺的高阻带抑制低通滤波器设计

射频低通滤波器是射频电路的重要组件之一,它基于电感和电容的特性,具有阻止高频信号而通过低频信号的作用。基于GaAs集成无源器件技术,使用ADS仿真软件,在滤波器设计中的特定位置使用不同品质因数(Q值)的电感,最终设计实现了一款性能优良的高阻带抑制低通滤波器。测试结果表明,在通带DC~17 GHz内,滤波器插入损耗≤2.28 dB,回波损耗≥14.5 dB,其带外抑制在22 GHz处达到23 dB,在26~50 GHz处≥43 dB,芯片尺寸为1.4 mm×0.55 mm×0.1 mm,该滤波器性能优异。

一款基于GaAs工艺的超宽带混频多功能芯片

针对无源混频器需要高本振功率驱动的问题,采用砷化镓(GaAs)0.25μm PHEMT工艺,设计了一款集成双平衡无源混频器和本振驱动放大器的超宽带混频多功能芯片。混频器由肖特基二极管堆和两个结构新颖的平面螺旋间隔互绕式补偿型marchand巴伦构成,本振驱动放大器采用单电源两级自偏式负反馈共源结构。多功能芯片射频(RF)带宽为8~20 GHz,本振(LO)带宽为8~20 GHz,中频(IF)带宽为0.01~5 GHz。在本振驱动功率为-3 dBm时,芯片变频损耗典型值为8.0 dB,本振/射频隔离度典型值为25 dB,本振/中频隔离度典型值为45 dB,射频/中频隔离度典型值为45 dB,输入为1 dB功率压缩点典型值为12 dBm,驱动放大器功耗为+5 V/50 mA,芯片尺寸仅为2.2 mm×1.15 mm×0.1 mm。该混频多功能芯片的实测结果与仿真结果对比吻合,电特性优良,具有良好的应用前景。

基于0.15μm GaAs pHEMT工艺的低噪声放大器设计

阐述一款源极负反馈结构的低噪声放大器设计,它基于0.15μm GaAs pHEMT工艺,采用微带线进行反馈和双边匹配,极大程度改善电路的噪声、增益和稳定性。放大器采用单电阻偏置方式,实现2V单电源供电,静态电流为78.9mA。它的中心频率为2.4GHz,在2.1~2.7GHz频段内最大增益大于16dB,增益平坦度在±0.6dB内,实际噪声系数小于1.5dB,系统在全频带内非常稳定,可适用于无线系统接收端前端设计。

一款基于GaAs工艺的改进型Wilkinson功率分配器芯片

对传统Wilkinson功率分配器的设计方式进行改进,使用蛇形环绕式结构取代传统的微带线结构,并在功分器隔离电阻处引入了频率补偿电容,基于砷化镓(GaAs)工艺,借助ADS软件设计并制作了一款新型结构的小型化超宽带一分二Wilkinson功率分配器芯片。芯片实物测试结果表明,在通带4~20 GHz内,插入损耗典型值为0.65 dB,端口回波损耗典型值为20 dB,端口隔离度典型值达到25 dB,芯片尺寸仅为1.0 mm×0.9 mm×0.1 mm。该功率分配器的实测结果与仿真结果相吻合,电特性优良,具有较高的实用价值。

空间GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池结构参数对电学性能影响机理研究

本文使用计算机模拟了三结GaInP/GaAs/Ge太阳电池,通过改变顶电池GaInP、中电池GaAs厚度以及掺杂浓度等结构参数,得出了电池的光生载流子收集效率和电学特性之间的规律,揭示了太阳电池结构参数对电学性能影响的内在物理机制。结果表明,发射区厚度变化主要影响短波区域,基区厚度变化主要影响长波区域。顶电池GaInP发射区厚度增加,短路电流、开路电压先增后降;基区厚度增加,短路电流降低,最大功率随短路电流的变化而变化。中电池GaAs厚度增大,短路电流整体呈降低趋势,开路电压略有升高。GaInP工作区掺杂浓度升高,电学性能几乎不发生改变;GaAs工作区掺杂浓度升高,开路电压略有增加,短路电流和最大功率均呈下降趋势。可见GaInP的掺杂浓度对电池的影响远远低于GaAs。

基于不同衬底角度的GaInP/GaAs/InGaAs倒置三结太阳电池性能研究

带隙组合为1.9/1.42/1.0 eV的三结GaAs太阳电池具有很好的电流匹配,AM0光谱下理论效率可达38%。由于不同衬底角度生长倒置三结的性能研究报道较少,文章分别采用6°和15°偏向角生长GaInP/GaAs/InGaAs倒置三结太阳电池进行研究,并研究其子电池性能差异。研究表明,6°衬底生长倒置三结表面粗糙度、翘曲,以及XRD均匀性均优于15°衬底。在性能方面,6°衬底电压比15°衬底高13 mV,900~100 nm和1 100~1 250 nm范围内QE光谱响应更高。