基于低温缓冲层的单片集成长波长可调谐光探测器

实现了一种单片集成的长波长可调谐光探测器.通过外延实验,摸索出低温缓冲层的最佳生长条件,成功地在GaAs衬底上生长出晶格失配度约4%的高质量的InP基材料.基于此低温缓冲层,在GaAs衬底上首先生长GaAs/AlAs材料的F-P腔滤波器,然后异质外延InP-In0.53 Ga0.47 As-InP材料的PIN结构.制作出的器件通过热调谐,峰值波长从1533.1nm红移到1543.1nm,实现了10.0nm的调谐范围,同时响应线宽维持在0.8nm以下,量子效率保持在23%以上,响应速率达到6.2GHz.     

基于低温缓冲层的单片集成长波长可调谐光探测器

实现了一种单片集成的长波长可调谐光探测器.通过外延实验,摸索出低温缓冲层的最佳生长条件,成功地在GaAs衬底上生长出晶格失配度约4%的高质量的InP基材料.基于此低温缓冲层,在GaAs衬底上首先生长GaAs/AlAs材料的F-P腔滤波器,然后异质外延InP-In0.53 Ga0.47 As-InP材料的PIN结构.制作出的器件通过热调谐,峰值波长从1533.1nm红移到1543.1nm,实现了10.0nm的调谐范围,同时响应线宽维持在0.8nm以下,量子效率保持在23%以上,响应速率达到6.2GHz.     

InP/GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备

借助超薄低温InP缓冲层,在GaAs衬底上生长出了高质量的InP外延层,在InP外延层中插入了15周期In0.93Ga0.07P/InP应变层超晶格(SLS),进一步阻断了失配位错穿透到晶体表面,提高了外延层的晶体质量,这样2.5 μm厚InP外延层的双晶X射线衍射(DCXRD)ω扫描半高全宽(FWHM)值降低至219 arcsec,该InP外延层的室温光荧光(PL)谱线宽度仅为42 meV.在此基础上,只利用超薄低温InP缓冲层技术就在半绝缘GaAs衬底上成功地制备出了长波长异变In0.53Ga0.47As PIN光电探测器,器件的台面面积为50 μm×50 μm,In0.53Ga0.47As吸收层厚度为300 nm,在3 V反偏压下器件的3 dB带宽达到了6 GHz,在1 550 nm波长处器件的响应度达到了0.12 A/W,对应的外量子效率为9.6%.     

具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列

从理论上设计并研制了一种用于可重构光分插复用技术中的具有多波长处理功能的单片集成光探测器阵列,器件在GaAs基衬底上集成了GaAs/AlGaAs材料的法布里一珀罗谐振腔和InP-In0.53 Ga0.47 As-InP材料的PIN光探测器.为了能够实现对多路波长的探测,首先利用湿法腐蚀,改变不同区域谐振腔的厚度,然后通过二次外延完成谐振腔的生长,最后利用低温缓冲层技术在GaAs材料上异质外延高质量的InP基的PIN结构.器件的工作波长位于1500 nm左右,可实现对4路波长,间隔为10 nm的光信号探测,光谱响应线宽低于0.8 nm,峰值量子效率达到12%以上,响应速率达到8.2 GHz.实验测试结果与理论分析进行了对比,并得到了很好的解释.     

Pin/HBT OEIC光接收机

介绍了pin/HBT单片集成OEIC光接收机的集成结构和电路结构,分析了这种集成方式的光接收机前端设计过程中影响带宽和灵敏度的因素,总结了集成器件最新的研究进展。     

基于异变缓冲层与应变层超晶格的InP/GaAs异质外延

利用低压金属有机化学气相沉积技术, 开展InP/GaAs异质外延实验。由450 ℃生长的低温GaAs层与超薄低温InP层组成双异变缓冲层, 并进一步在正常InP外延层中插入In1-xGaxP/InP(x=7.4%)应变层超晶格。在不同低温GaAs缓冲层厚度、应变层超晶格插入位置及应变层超晶格周期数等条件下, 详细比较了InP外延层(004)晶面的X射线衍射谱, 还尝试插入双应变层超晶格。实验中, 1.2 μm和2.5 μm厚InP外延层的ω扫描曲线半峰全宽仅370 arcsec和219 arcsec; 在2.5 μm厚InP层上生长了10周期In0.53Ga0.47As/InP 多量子阱, 室温PL谱峰值波长位于1625 nm, 半峰全宽为60 meV。实验结果表明, 该异质外延方案有可能成为实现InP-GaAs单片光电子集成的一种有效途径。     

HBT大信号模型及PIN/HBT集成光接收前端设计

对GP大信号模型及其参数提取方法进行了研究,并对发射极尺寸为2μm×19μm的InP/InGaAs HBT进行了建模.模型的仿真结果表明,所建模型能较为精确地表征实际HBT器件的直流和高频小信号特性.基于建立的HBT大信号模型设计并制备出InP基PIN+HBT单片集成光接收前端,经在片测试,集成前端的3dB带宽可达3GHz.     

一种具有平顶陡边响应的长波长光探测器

在PIN型光探测器的基础上制备了一种适用于波分复用系统的具有平顶陡边响应的长波长光探测器。利用低压金属有机化学气相沉积(LP-MOCVD)设备在GaAs衬底上二次外延生长了具有台阶结构的GaAs/AlGaAs滤波腔和InP基PIN光探测器。高质量的GaAs/InP异质外延采用了低温缓冲层生长工艺;具有台阶结构的Fabry-Pérot(F-P)滤波腔采用了纳米量级台阶的制备方法。通过理论计算优化了实现平顶陡边光谱响应特性的器件结构;并通过实验成功制备出了具有平顶陡边响应性能的光探测器,器件的工作波长位于1 549nm,峰值量子效率大于25%,0.5dB光谱响应线宽为3.9nm,3dB光谱响应线宽为4.2nm,响应速率达到17GHz。     

InP基长波长单片集成光接收前端的设计和制备

叙述了利用InP基长波长pin光探测器和异质结双极晶体管(HBT)单片集成实现光接收前端的设计和制备方法.pin光探测器和HBT采用共享层结构,这样的结构不仅性能优于堆叠层结构,而且制备工艺兼容.制备的HBT截止频率达到30GHz,pin光探测器的3dB带宽达到了15GHz,集成光接收前端的3dB带宽达到3GHz,跨阻放大倍数达到800.     

长波长PIN／HBT集成光接收机前端噪声分析

文章研究磷化铟(InP)基异质结双极晶体管(HBT)和PIN光电二极管(PIN-PD)单片集成技术,利用器件的小信号等效电路详细计算了长波长PIN/HBT光电子集成电路(OEIC)光接收机前端等效输入噪声电流均方根(RMS)功率谱密度.分析表明:对于高速光电器件,当频率在100 MHz～2 GHz范围内时,基极电流引起的散粒噪声和基极电阻引起的热噪声起主要作用;频率大于5 GHz时,集电极电流引起的散粒噪声和基极电阻引起的热噪声起主要作用.在上述结论的基础上,文章最后讨论了在集成前端设计的过程中减小噪声影响的基本方法.     

单片集成GaAs基长波长谐振腔光探测器的研究

介绍了一种GaAs基的长波长谐振腔增强型(RCE)光探测器.通过两步生长法,在GaAs村底上异质外延生长了InP-InGaAs-InP的p-i-n光吸收结构和GaAs/AlAs的分布布拉格反射镜(DBR).所制备的器件在1 549.4 nm处获得了67.3%的量子效率和17 nm的光谱响应线宽,在1 497.7 nm处获得了53.5%的量子效率和9.6 nm的光谱响应线宽,而InGaAs吸收层厚度仅为200 nm.采用单片集成法,工艺简单、易于产业化,随着缓冲层技术的发展,此种RCE光探测器的性能还将获得进一步提升.     

GaAs基InAlAs/InGaAsMHEMT直流特性研究

报道了用 MBE技术生长的 Ga As基 In Al As/In Ga As改变结构高电子迁移率晶体管 (MHEMT)的制作过程和器件的直流性能。对于栅长为 0 .8μm的器件 ,最大非本征跨导和饱和电流密度分别为 3 5 0 m S/mm和1 90 m A/mm。源漏击穿电压和栅反向击穿电压分别为 4V和 7.5 V。这些直流特性超过了相同的材料和工艺条件下 Ga As基 PHEMT的水平 ,与 In P基 In Al As/In Ga As HEMT的性能相当     

Monolithically Integrated Photodetector Array With a Multistep Cavity for Multiwavelength Receiving Applications

A monolithically integrated photodetector array used for multiwavelength receiving was realized by growth of an InP-In_0.53Ga_0.47As-InP p-i-n structure on a GaAs/AlGaAs Fabry-Perot filter. The filter with a multistep cavity was fabricated by wet etching and regrowth. Each photodetector in the array detects a different wavelength, so the array functions as a multiwavelength receiver. The high-quality GaAs/InP heteroepitaxy was realized by employing a thin low temperature buffer layer. The photodetector array detects four wavelength channels, whose interval is about 10 nm , around 1550 nm. A full-width half-maximum less than 0.5 nm , a peak quantum efficiency over 15%, and a 3-dB bandwidth of 9 GHz were simultaneously obtained in the photo-detector array.     

用于光子计数的InGaAs/InP SPAD设计

重点研究了InGaAs/InP SPAD的隧道贯穿电场、雪崩击穿电场、雪崩宽度与过偏电压的关系,提出了过偏电压的计算方法.分析了InGaAs/InP SPAD的基本特性即探测效率、暗计数率与其过偏电压、工作温度、量子效率、电场分布的依赖关系,提出了一种单光子InGaAs雪崩二极管的设计方法.设计制作了InGaAs/InP SPAD,并在门控淬灭模式下进行了单光子探测实验.结果表明:对于200m的SPAD,在过偏2 V、温度-40 ℃条件下,探测效率(PDE) 20%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)20 kHz;对于50m的SPAD,在过偏2.5 V、温度-40 ℃条件下,探测效率(PDE) 23%(1 550 nm)、暗计数率(DCR)2 kHz.最后对实验结果进行了分析和讨论.     

Lattice mismatched InGaAs on silicon photodetectors grown by molecular beam epitaxy

In_0.5Ga_0.5As on silicon photodetectors, including three types of interdigitated-finger devices as well as linear photoconductors, were fabricated and measured. The InGaAs/Si structure was grown by molecular beam epitaxy and utilized a 100 Å GaAs intervening nucleation layer between the silicon substrate and the InGaAs layers, step-graded In_xGa_1?xAs layers, and an in-situ grown 40 Å thick GaAs surface layer, which substantially enhanced the metal-semiconductor barrier height (Φ_b = 0.67 V) for the InGaAs. Schottky diodes fabricated independently of the photodetectors had nearly ideal characteristics with an ideality factor (n) of 1.02 and a reverse breakdown voltage of 40 V. The interdigitated Schottky photodetectors showed dark currents between <3nA and 54 μA at a 3 V bias and initial photoresponse rise times in the range of 600 to 725 ps, comparable to similar InGaAs metal-semiconductor-metal photodetectors grown lattice matched on InP. The photoconductors fabricated in the same material had rise times in the range of 575 to 1300 ps, thus being slightly slower, and had dark currents of 7 to 80 mA. The responsivity of the photoconductors was typically greater than that of the diodes by a factor of five to fifteen. The results show potential for monolithic integration of InGaAs photodetectors on silicon substrates.     

InGaAsP/InGaAs双结太阳电池研究

本文采用MOCVD设备生长了与InP晶格匹配的InGaAs(P)光伏器件。分析了InGaAsP/InGaAs (1.07/0.74 eV)双结太阳电池的QE与I-V特性。在AM1.5D光谱下,InGaAsP/InGaAs双结太阳电池的开路电压,短路电流,填充因子及转换效率分别为0.977 V, 10.2 mA/cm,80.8%,8.94%。对于InGaAsP/InGaAs双结太阳电池,在聚光条件下,其最大转换效率在280个聚光倍数下达到了13%。这一结果预示了GaInP/GaAs/InGaAsP/InGaAs四结太阳电池的潜在应用前景。     

InGaAs metal-semiconductor field-effect transistor withLangmuir-Blodgett deposited gate structure

A high-transconductance n-channel, depletion-mode InGaAs metal-semiconductor field-effect transistor (MESFET) with a Langmuir-Blodgett deposited gate fabricated on organometallic chemical vapor deposition (OMCVD)-grown InGaAs lattice matched to InP is reported. The fabrication process is similar to epitaxial GaAs FET technology and is suitable for making optoelectronic integrated circuits (OEICs) for long-wavelength fiber-optic communications systems. Devices with 1-μm gate and 6×10¹⁶ channel doping achieved 162-mS/mm extrinsic transconductance and -1.8-V pinch-off voltage. The effective saturation velocity of electrons in the channel was measured to be between 3.5 and 3.9×10⁷ cm/s. The drain current ( I_dss), 300 mA/mm at V_ds=2.5 V, is the highest current capability reported for depletion-mode InGaAs MESFET devices with low pinch-off voltages