InGaAs/InAlAs光电导太赫兹发射天线的制备与表征

光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件,具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延(MBE)方法制备InGaAs/InAlAs超晶格作为1550 nm光电导天线的光吸收材料,使用原子力显微镜、光致发光、高分辨X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量;通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了4.5 THz的频谱宽度,动态范围为45 dB。

大应变InGaAs/GaAs/AlGaAs微带超晶格中波红外QWIP的MOCVD生长

基于中波红外(峰值响应波长4.5μm)量子阱红外探测器QWIP进行了大应变In0.34Ga0.66As/GaAs/Al0.35Ga0.65As微带超晶格结构的MOCVD外延生长研究。通过对生长温度、生长速率、Ⅴ/Ⅲ比以及界面生长中断时间等生长参数的系统优化,获得了高质量的外延材料。

As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构光学特性的影响

利用固源分子束外延(MBE)设备生长出InAs/InAlAs/InP(001)纳米结构材料,探讨了As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构光学特性的影响.结果表明,As压调制的InAlAs超晶格能有效地调整InAs纳米结构的形貌特性、发光峰位,改善发光线宽,提高辐射效率,从而有利于其在长波长光电器件方面的应用.

多级倍增超晶格InGaAs雪崩光电二级管的增益-噪声特性

重点研究了多级倍增超晶格InGaAs雪崩光电二级管(APD)的增益和过剩噪声,建立了新的载流子增益-过剩噪声模型。在常规弛豫空间理论基础上分析了其工作原理,考虑了预加热电场和能带阶跃带来的初始能量效应、电子进入高场倍增区时异质结边界附近的弛豫空间长度修正以及声子散射对碰撞离化系数的影响,提出了用于指导该类APD的增益-过剩噪声计算的修正弛豫空间理论。结果表明:在相同条件下,相比于常规的单层倍增SAGCM结构,多级倍增超晶格InGaAsAPD同时具有更高增益和更低噪声,且修正的弛豫空间理论可被推广到更多级倍增的超晶格InGaAsAPD结构,在保证低噪声前提下,通过增加倍增级数可提高增益。

低暗电流InGaAs-MSM光电探测器

MSM(金属-半导体-金属)型光电探测器的较低寄生电容和高带宽的特点使得其应用广泛,可用于空间通信、遥感等多方面,但暗电流偏大仍是制约其发展的重要因素.为此,本文研制了100×100μm2面积的InGaAs-MSM光电探测器,通过设计InAlGaAs/InGaAs短周期超晶格和InAlAs肖特基势垒增强结构,将器件暗电流密度降至0.6pA/μm2(5V偏置),改善了目前同类器件的信噪比.对器件光电参数进行了表征:3dB带宽6.8GHz,上升沿58.8ps,1550nm波段响应度0.55A/W,光吸收区域外量子效率88%.分析了短周期超晶格和肖特基势垒增强层对暗电流的抑制机理.

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。

InGaAs(P)/InP量子阱混合处理对其光电特性的影响

用离子注入诱导无序(IICD)和无杂质空位扩散诱导无序(IFVD)方法研究了InGaAs(P)/InP量子阱结构的混合造成材料光电特性变化、带隙蓝移的规律。研究结果发现,IICD造成的带隙蓝移与离子注入的种类、剂量、注入后退火温度、时间有关,也和样品存在的应力有关。具有压应力的样品产生的蓝移量比具有张应力的大。IFVD方法造成的带隙蓝移量与介质膜的种类、后继退火温度、退火时间有关。同时还发现,蓝移量与半导体盖层成分和介质层成分的组合有关,InGaAs与SiO2组合产生的蓝移比InGaAs与Si3N4组合产生的蓝移大;与此相反,InP与Si3N4组合产生的蓝移比InP与SiO2组合的大。介质层的掺杂也影响蓝移量,掺P的SiOxPyNz可以产生高达224meV的蓝移,目前尚未见其他报道。二次离子质谱(SIMS)研究说明,量子阱层元素的互扩散可能是造成带隙蓝移的主要原因。

In_xGa_(1-x)As/GaAs应变超晶格的X射线双晶衍射研究

本文阐述了一种基于X射线动力学衍射理论的计算机模拟方法,该方法可用于分析超晶格材料的X射线双晶摆动曲线,用模拟计算方法得到了In_xGa_(1-x)As/GaAs应变超晶格的各种结构参数。

InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压损耗抑制

现有1.0 eV/0.75 eV InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压小于各子电池的开路电压之和,鲜有研究探索开路电压损耗的来源以及如何抑制。通过研究发现,InGaAs底电池背场/基区界面处的少数载流子输运的主要机制是热离子发射,而不是缺陷诱导复合。SIMS测试表明,采用InP或InAlAs背场均不能有效抑制Zn掺杂剂的扩散。此外,由于生长过程中持续的高温热处理,Ⅲ-Ⅴ族主元素在界面处发生了热扩散。为了抑制上述现象,提出了一种新型InP/InAlAs超晶格背场,并应用到InGaAs底电池中。制备得到的双结太阳电池在维持短路电流密度不变的情况下,开路电压提升到997.5 mV,与传统采用InP背场的双结太阳电池相比,开路电压损耗降低了30 mV。该研究成果对提升四结太阳电池的整体开路电压有重要意义。

1eV带隙GaNAs/InGaAs短周期超晶格太阳能电池的设计

使用In,N分离的GaNAs/InGaAs短周期超晶格作为有源区是未来实现高效率GaInNAs基太阳能电池的重要结构之一.同时,考虑到具有1eV带隙的GaInNAs子电池的重要性以及与Ge衬底晶格匹配的优势,基于Ge衬底上的四结及多结太阳能电池无疑荣景可期.为在实验上较好地控制所需带隙,我们利用传输矩阵方法从理论上计算了实现1eV带隙下超晶格的周期数、垒层厚度以及In,N的浓度,并进一步讨论分析1eV带隙下的多个相关参数的对应关系以及超晶格的应变状态.

As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构形貌的影响

利用固源分子束外延设备生长出InAs/InAlAs/In P(001)纳米结构材料,探讨了As压调制的InAlAs超晶格对InAs纳米结构形貌的影响.结果表明,As压调制的InAlAs超晶格能控制InAs量子线的形成,导致高密度均匀分布的量子点的生长.结果有利于进一步理解量子点形貌控制机理.分析认为,InAs纳米结构的形貌主要由InAlAs层的各向异性应变分布和In吸附原子的各向异性扩散所决定.

不同周期厚度的1 eV GaNAs/InGaAs超晶格太阳电池材料的MBE生长和器件特性

本文采用分子束外延(MBE)生长技术,研究了周期厚度对高含N量1eV GaNAs/InGaAs超晶格的结构品质的影响.高分辨率X射线衍射(HRXRD)与透射电镜(TEM)分析表明:当周期厚度从6 nm(阱层和垒层厚度相同,以下同)增加到20 nm时,超晶格的周期重复性和界面品质变好,然而当继续增加周期厚度至30 nm时,超晶格品质劣化.上述生长现象通过简单模型进行了分析讨论.同时,通过退火优化,实现了周期厚度为20 nm的1 eV GaNAs/InGaAs超晶格太阳电池,短路电流密度超过10 mA/cm2.

InGaAs/InP异质结界面层的应变研究

采用液态的叔丁基砷 (tertiarybularsine ,TBAs)和叔丁基磷 (tertiarybulphosphine ,TBP)为源材料 ,用有机金属气相外延 (metalorganicvaporphaseepitaxy ,MOVPE)生长了与InP衬底晶格匹配的InGaAs/InP超晶格 .高精度X射线衍射的结果表明 ,在In GaAs与InP单异质结界面处 ,存在一个压应变的界面层 .可利用相同的界面模型来模拟InGaAs/InP超晶格的X射线衍射实验结果 .该结果表明 ,TBAs吹扫InP表面对界面应变产生很大的影响 .为此提出了一种新的界面气体转换顺序来控制InGaAs/InP超晶格的界面应变 ,它先把Ⅲ族源转入反应室 ,以此来降低TBAs对InP表面的影响 ,由此得到的超晶格的平均应变减小 ,光致发光的峰值能量出现蓝移 .

短波红外探测器的发展与应用(特邀)

短波红外波段作为"大气透过窗口"之一,探测器工作在该波段能获得目标更多的辐射能量。另外,短波红外对近室温目标的探测成像类似于可见光的反射式成像,一方面拥有中长波红外探测缺少的细节分辨能力,另一方面具有穿透烟雾进行成像等可见光探测不具备的能力。随着短波红外探测器在军事、民用领域的广泛应用,对短波红外探测器的性能、成本提出了更高的要求,InGaAs探测器由于高达约70%~90%的量子效率、室温下约8 000 cm^(2)/(V·s)的高迁移率,以及高灵敏度、高速响应、低成本的应用优势,是目前短波红外探测器的最佳选择。为了进一步扩展波长、提高分辨率、降低成本,发展了基于Ⅱ类超晶格、胶体量子点、硅基材料等新材料和新工艺的短波红外探测器。文中对美国、法国、以色列、中国等国内外短波红外探测器的发展现状进行了归纳整理,对有关短波红外探测器的新材料和新工艺进行了报道,最后探讨分析了短波红外探测器的未来发展趋势。