InP基三端太赫兹固态电子器件和电路发展

随着微电子技术的飞速发展,半导体器件的截止频率已经进入到太赫兹频段,太赫兹电路的频率特性得到极大发展。以固态器件为基础的太赫兹电路的工作频率进入到THz频段。本文重点介绍InP基双极器件和场效应器件的发展以及在太赫兹电路和系统中的应用。

InP基HEMTs器件16参数小信号模型（英文）

针对InAlAs/InGaAsInP基HEMTs提出了一种16参数小信号拓扑结构.拓扑结构中引入栅源电阻(R_(gs))表征短栅沟间距引起的栅泄漏电流效应.另外还引入输出跨导(gds)和漏延迟(τ_(ds))描述漏端电压对沟道电流的影响以及漏源电容(C_(ds))引起的相位变化,从而提高了S_(22)参数拟合精度.外围寄生参数通过open和short拓扑结构计算得出,本征部分利用去除外围寄生参数后的Y参数计算得出,最终模型参数值经过优化以达到最佳拟合状态而确定.结果表明,s参数和频率特性的仿真值与测试数据拟合程度很好,R_(gs)和τ_(ds)的引入降低了模型误差.准确合适的InP基HEMTs小信号模型对于高频电路设计非常重要.

一种改进了碰撞电离的超高速InP基SHBT SDD模型

从物理机制上分析了超高速InP/InGaAs SHBT碰撞电离与温度的关系,通过加入表示温度的参数和简化电场计算,得到一种改进的碰撞电离模型.同时针对自有工艺和器件特性,采用SDD(symbolically defined device)技术建立了一个包括碰撞电离和自热效应的InP/InGaAs SHBT的直流模型.模型内嵌入HP-ADS中仿真并与测试结果进行比较,准确地拟合了InP/InGaAs SHBT的器件特性.

InP基近红外波段量子线激光器的电致发光谱

制备了InP基近红外波段量子线激光器,在改变注入条件的室温连续电致发光谱测试中,观察到了不同于带填充效应的谱型变化.低激励时,高能峰先出现;随激励电流增加,高能峰减弱并随后消失,同时低能峰出现并激射.认为激光器随注入电流的增加表现出的这种特殊的激射谱,是由自组织纳米结构尺寸的不均匀分布引起的.

纳米电子器件-高峰值峰谷电流比InP基共振隧穿二极管的实现

利用分子束外延技术研制出InP基IhAs/In0.53Ga0.47As/AlAs共振隧穿二极管,其中势垒为10个单分子AlAs,势阱由8个单分子层In0.53Ga0.47As阱和4个单分子层InAs子阱组成.室温下峰值电流密度接近3kA/cm2,峰和谷的电流密度比率达到19.

InP基毫米波、太赫兹器件及电路

In P基材料具有载流子迁移率高、能带易于剪裁等优点,是毫米波、太赫兹电路的理想材料。利用In P基材料实现了HBT、HEMT、SBD器件及毫米波、太赫兹电路。HBT、HEMT的fmax分别达到600 GHz和1.0 THz,SBD的截止频率达到9.5 THz。基于In P HBT工艺研制了W波段放大器、W波段宽带高功率VCO、160 GHz高功率谐波振荡器等多款电路;基于In P HEMT工艺研制了W波段宽带低噪声放大器、300 GHz放大器等电路;基于In P SBD工艺,研制了170~500GHz频段多款太赫兹倍频电路模块,以及220 GHz^750 GHz频段多款检波器模块。研究结果表明,In P基器件和电路性能优异,可广泛应用于安检成像、星载空间技术、导航制导、无线通信等领域。

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基自由运行模式单光子APD

基于InGaAs/InP材料的雪崩二极管探测器工作响应波段范围0.9~1.67μm,在盖革模式下探测效率较高,具有单光子量级的灵敏度,通过配置不同的偏置电路,可工作在门控和自由运行模式。目前主要采用门控模式的工作方式,门控模式可应用于光子到来时间已知的量子密钥分发。在激光测距、激光雷达成像等应用中当光子到达时间是未知的条件下,器件需工作在自由运行模式下。通过内部集成或片上集成自淬灭器件,探测器本身具有自淬灭或自恢复功能,无需外部淬灭电路,可工作在自由运行模式,大大拓展了InGaAs/InP单光子探测器的应用领域,同时对制备单光子探测器阵列具有优势。另外,采用InGaAs/GaAsSbⅡ类超晶格材料作为雪崩二极管的吸收层,可将探测器的截止波长进一步扩展为2.4μm。首先对盖革模式APD进行了介绍,在此基础上对当前发展的自由运行模式以及扩展波长的InP基单光子探测器原理和性能进行了详细的阐述。

InP基高功率短波长量子级联激光器设计

阐述了InP基高功率短波长量子级联激光器(QCL)的设计原理和设计方案。从有源区设计模型出发,介绍了器件的理想和实际载流子传输路径,进而指出有源区设计的发展趋势和方法。根据器件的发展进程,综述了双声子共振设计,非共振抽取式设计,超强耦合设计,深阱设计,浅阱设计,短注入区设计等先进设计方案,这些设计方案使得QCL在低温下的电光转换效率在50%以上,最大室温连续输出功率超过3 W,而器件的特征温度T0和T1的最大值分别达到383 K和645 K。针对量子级联激光器的短波长高功率提供的先进设计方案扩大了QCL在民用与军用领域的应用前景,该设计方案亦可为其它波段量子级联激光器实现室温高功率的设计提供借鉴。

高速InP基电光调制器和光电探测器

南京电子器件研究所开发了76.2mm(3英寸)InP基电光调制器和光电探测器圆片工艺,所研制器件工作于1550nm波段。电光调制器如图1(a)所示,带宽达40GHz[如图1(b)所示],半波电压1.8V,消光比大于20dB。光电探测器如图2(a)所示,带宽达40GHz以上[如图2(b)所示],响应度为0.3A/W,暗电流为45nA。

InP基材与相关器件

第7届InP和相关材料会议于1995年5月9—13日在日本北海道札幌市举行,来自世界各地的近500人参加了这次会议。我国大陆共有两篇论文被录取(吉林大学和复旦大学各一篇),有一名代表出席了会议。 InP基光电子器件不论是在干线光通讯,还是在未来的光纤到户系统中都占有重要地位。InP基电子器件在低噪声接收机、毫米波功率源和A/D转换器中的作用也都优于其他材料,使InP材料倍受重视。

基于端面耦合的InP基激光器/硅光波导混合集成技术研究

针对硅光子集成回路缺少实用化光源的问题,提出了一种1.55μm波段InP基FP激光器芯片、InP基PIN光电探测器芯片与硅光波导芯片集成模块的设计与制备方法。使用CMOS工艺兼容的硅光无源器件制备工艺,设计并制备了倒拉锥型端面耦合器,与锥形透镜光纤耦合效率为36.7%。采用微组装对准技术将激光器芯片与硅波导芯片耦合、UV固化胶固化后耦合效率为35.8%,1 dB耦合对准容差横向为1.2μm,纵向为0.95μm。

InP基器件与电路的应用备受瞩目

本文概述InP基HEMT与HBT器件与电路,在微波与毫米微波范围由于低噪声、功率应用 的优越性能,而Inp基器件与电路在高速光通信和高频无线通信领域日趋成熟,备受瞩目。

半导体所2μm波段InP基量子阱激光器取得重要进展

发光波长位于2～3μm波段的高性能半导体激光光源因可以广泛应用于气体探测、超长距离无中继通信、生物医学等领域而成为人们研究的热点。

上海微系统所研制出2.7微米InP基不含锑量子阱激光器

2～3微米波段半导体激光器在光谱分析、气体检测、医学检查等方面具有重要的应用。InP衬底上不含锑量子阱激光器与GaSb基含锑量子阱激光器相比具有工艺成熟稳定、热导率高、衬底价格低、质量好、易获得等优点。

InP基HEMT／HBT器件工艺的最新进展

目前ＧａＡｓ基低噪声ＨＥＭＴ，包括用于ＤＢＳ的ＩｎＧａＡｓ／Ｎ－ＡｌＧａＡｓＰＨＥＭＴ已经商品化，且ＧａＡｓ基功率ＨＢＴ也将很快进入市场。尽管ＩｎＰ基ＨＥＭＴ或ＨＢＴ仍处于研究与发展阶段，但由于它们特殊的电性能，它们将有希望成为下一代异质结构器件。在继续改进器件结构和工艺过程中，晶格生长工艺的改进激发了一种新的趋势，提出并实现了一种用ＩｎＰ做有源层的新型器件结构。这篇文章主要描述了这样一种ＩｎＰ基ＨＥＭＴ和ＨＢＴ器件结构的最新进展。

InP基HEMT制作的全集成D波段单片振荡－倍频链

本文报道了Ｄ波段单片振荡－倍频链的设计、ＭＭＩＣ制作及测试。该电路用亚微米（０．１μｍ）ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓＨＥＭＴ制造，且芯片上有稳定偏压电路，一个集成的Ｅ场探针书信号直接辐射入波导。检测到振荡信号的频率范围为１３０．５ＧＨｚ至１３２．８ＧＨｚ，输入功率为—１２ｄＢｍ，设计的ＨＥＭＴ小栅宽为４５μｍ。这是首次报道的用ＩｎＰ基ＨＥＭＴ制作的Ｄ波段单片振荡－倍频链。

InP基HEMT器件技术及其在集成电路上的应用

本文报道了用于制造超高过集成电路的０．１μｍ栅长ＩｎＰ基ＨＥＭＴ器件技术。该技术主要包括非合金欧姆接触和具有高重复性和均匀性的Ｔ型栅技术。作为该技术应用于集成电路的例子，本文描述了一个噪声系数为２，６ｄＢ的５０ＧＨｚ低噪声放大器和一个增益为９ｄＢ，带宽为６０ＧＨｚ的分布基带放大器。本文还讨论了挖槽终止层的使用以进一步提高挖槽的重复性。

75～110GHzInP基HEMT单片平衡放大器

用０．１μｍ赝配ＩｎＡＩＡｓ－ＩｎＧａＡｓ－ＩｎＰＨＥＭＴ技术研制了覆盖整个Ｗ波段（７５～１１０ＧＨｚ）的单片平衡放大器。该放大器首次成功地制得７５到１１ＯＧＨｚ的增益为２３士３ｄＢ，具有良好的反射损耗。这种放大器在９４ＧＨｚ附近的噪声系数约为６ｄＢ。据我们所知，在覆盖整个Ｗ波段单片放大器中，这是在带宽和高增益性能方面报道的最好结果。