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。

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。

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。

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。

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。

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。

基于GaAs pHEMT工艺的宽带6位数字移相器MMIC

基于0.15μm GaAs pHEMT (pseudomorphic High Electron Mobility Transistor)工艺,研制了一款6位数字移相器微波单片集成电路(Monolithic Microwave Integrated Circuit,MMIC).该移相器由六个基本移相位级联组成,工作频带为10~18 GHz,步进值为5.625°,移相范围为0~360°,具有64个移相态.根据最优拓扑选择理论,5.625°,11.25°,22.5°移相位采用桥T型结构,降低了移相器的插损及面积;采用开关型高低通滤波器结构实现45°,90°,180°移相位,提高了大移相位的移相精度,并有效降低了寄生调幅.实测结果表明:64态移相寄生调幅均方根误差小于0.6 dB,移相输入输出回波损耗低于-11 dB,移相均方根误差小于4.2°,基态插入损耗低于8.6 dB.芯片尺寸为3.35 mm×1.40 mm.该数字移相器具有宽频带、高移相精度、尺寸小的特点,主要用于微波相控阵T/R组件、无线通信等领域.

ALE法对InSb/GaAs异质薄膜电学性能的改进

以GaAs(100)为衬底,采用原子层外延(ALE)的方法在GaAs缓冲层和常规InSb外延层间引入85个周期约30nm的InSb低温缓冲层,以快速降低InSb和GaAs界面间较大的晶格失配(14.6%)对外延层质量造成的不利影响,从而改进异质外延薄膜的电学性能。实验结果显示,ALE低温缓冲层能较快地释放晶格失配应力,降低位错密度。室温和77K的Hall测试显示,引入低温ALE缓冲层生长的InSb/GaAs异质外延薄膜,其InSb外延层本征载流子浓度和迁移率等电学性能较常规的方法有着较大的改进。

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池100 MeV质子位移辐照损伤效应实验研究

GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池是当前航天器空间电源系统的核心元器件,其在空间辐射环境中遭受的辐照损伤会导致太阳电池性能参数衰降,甚至导致航天器供电系统功能失效。为获取GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池高能质子辐照损伤退化规律,以国产GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池为研究对象,通过开展100 MeV质子不同注量下的辐照实验,分析质子位移损伤诱发GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池的开路电压(V_(oc))、短路电流(I_(sc))、最大输出功率(P_(m))、光电转换效率(E_(ff))等辐射敏感参数的退化规律和损伤机理。结果表明:注量范围为1×10^(11)~2×10^(12)cm^(-2)时,V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)的退化程度随辐照注量的增加而增大,当注量为2×10^(12)cm^(-2)时,P_(m)和E_(ff)归一化处理后的退化程度均为16.88%,与V_(oc)和I_(sc)相比,衰减更严重。对不同注量辐照所得V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)进行拟合,获得了V_(oc)、I_(sc)、P_(m)、E_(ff)随辐照注量变化的特征曲线,根据该曲线可预估GaInP/GaAs/Ge三结太阳电池不同注量下性能的衰减幅度。

GaAs及GaN微波毫米波多功能集成电路芯片综述

综合论述了GaAs和GaN微波毫米波的收发多功能芯片、幅相多功能芯片和GaAs限幅放大器集成芯片的发展状况、电路结构和性能特性,简述了收发多功能中的功率放大器和低噪声放大器的设计方法、幅相多功能中数字移相器和衰减器的设计方法,给出了限幅低噪声放大器中限幅器的设计参考。

基于GaAs PHEMT工艺的超宽带多通道开关滤波器组MMIC

基于0.25μm GaAs赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)工艺,研制了一款超宽带7路开关滤波器组单片微波集成电路(MMIC)芯片。芯片内集成了开关、驱动电路和带通滤波器,实现了开关滤波功能。开关采用反射式串-并联混合结构;译码器和驱动电路控制某一支路开关的导通或关断;带通滤波器由集总电感和电容组成。该开关滤波器组芯片通带频率覆盖0.8~18 GHz。探针测试结果表明,开关滤波器组芯片各个支路的中心插入损耗均小于8.5 dB,通带内回波损耗小于10 dB,典型带外衰减大于40 dB。为后续研发尺寸更小、性能更优的开关滤波器组提供了参考。

电学性能不反常的本征GaAs基InSb异质外延研究

采用三步工艺进行了GaAs基InSb的异质外延生长并结合实验数据和文献资料研究了生长温度和速率、InSb层的厚度、低温缓冲层质量和双In源工艺对材料Hall电学性能等的影响。发现温度和生长速率对室温载流子迁移率和本征载流子浓度影响不太大;晶体XRD FWHM随膜厚的增加而逐渐地减小;低温缓冲层的界面质量和厚度对表面形貌具有一定的影响,低温缓冲层的界面厚度不应小于30 nm,ALE低温缓冲层的方法可以降低局部表面粗糙度;实验发现在优化的工艺参数基础上采用双In源生长工艺可以生长出电学性能不发生反常的理想本征InSb异质外延薄膜材料。获得2μm厚GaAs基InSb层在300 K和77 K的Hall迁移率分别为3.6546×104 cm^2 V^-1 s^-1和7.9453×104 cm^2 V^-1 s^-1,本征载流子迁移率和电子浓度随温度的变化符合理论公式的预期。

Ⅰ型倍增层对异质SAM结构InSb-APD红外探测器性能的影响

红外探测器的光电特性会受到内部结构倍增层参数的影响,为了能够改善器件的雪崩效应,借助仿真软件Silvaco-TCAD,详细探讨了Ⅰ型倍增层的残余掺杂浓度和厚度对异质SAM结构InSb-APD红外探测器性能的影响。研究结果表明,随着Ⅰ型倍增层掺杂浓度的增加,其倍增层内的电场强度峰值增加,同时光响应度略微增加;随着Ⅰ型倍增层厚度的增加,其倍增层的光响应度与暗电流密度升高,同时电场强度峰值减少。进一步研究表明,当Ⅰ型倍增层残余掺杂浓度和厚度分别为1×10^(15)cm^(−3)和3μm时,有利于雪崩过程。