p-i-nInP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP探测器结构优化

利用半导体仿真工具Silvaco对p-i-n InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP近红外光探测器进行优化仿真.参考实际器件对红外探测器进行建模,并将其暗电流、光谱响应仿真结果与实验结果进行拟合,保证仿真结果的有效性.以减小探测器的暗电流为目的,优化其结构.针对探测器吸收层厚度和吸收层掺杂浓度对暗电流、光响应的影响进行研究,发现当吸收层厚度大于0.3μm后,暗电流不再上升,但光响应随着吸收层厚度的增加而增大;当吸收层掺杂浓度不断上升时,器件暗电流不断降低,当掺杂浓度上升到2×1017/cm3时,暗电流达到最低值.本文还研究了p-i-n型探测器的瞬态响应,探究了响应速度与反偏电压之间的关系,发现提高反偏电压能减小探测器响应时间.     

p-GaN层厚度对GaN基p-i-n结构紫外探测器性能的影响

研究了p-GaN层厚度对GaN基pin结构紫外探测器性能的影响.模拟计算表明：较厚的p-GaN层会减小器件的量子效率,然而同时也会减小器件的暗电流,较薄的p-GaN层会增加器件的量子效率,但是同时也增加了器件的暗电流.进一步的分析表明,金属和p-GaN之间的结电场是出现这种现象的根本原因.在实际的器件设计中,应该根据实际需要选择p型层的厚度. 关键词： GaN 紫外探测器 量子效率 暗电流     

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1×10¹⁵ cm^-3和3μm时,有利于雪崩过程。     

In0.83Al0.17As倍增层对In0.83Ga0.17As/GaAs雪崩光电探测器的特性影响

倍增层对雪崩光电探测器内部载流子的碰撞电离至关重要,因此,采用三元化合物In_0.83Al_0.17As作为倍增层材料,借助器件仿真工具Silvaco-TCAD,详细探究了In_0.83Ga_0.17As/GaAs雪崩光电探测器的倍增层厚度及掺杂浓度对其内部电场强度、电流特性和电容特性的影响规律。研究表明,随着倍增层厚度的增加,器件的电场强度和电容呈减小趋势。同时,倍增层掺杂浓度的增大会引起电容和倍增层内的电场强度峰值增加。进一步研究发现,随着倍增层厚度的增加,器件的穿通电压线性增大,击穿电压先减小后增大,但倍增层掺杂浓度的增加会引起器件击穿电压的减小。此外,用电场分布和倍增因子的结合解释了器件穿通电压与击穿电压的变化。     

选择性p型量子阱垒层掺杂在双波长发光二极管光谱调控中的作用

采用软件理论分析的方法对选择性p型掺杂量子阱垒层在InGaN双波长发光 二极管(LED)中的光谱调控作用进行模拟分析.分析结果表明, 选择性p型掺杂对量子阱中电子和空穴浓度分布的均衡性起到一定的调控作用, 在适当选择p型掺杂量子阱垒层层数的条件下,能够改善量子阱中载流子的 辐射复合速率, 降低溢出电子浓度,从而有效提高芯片内量子效率,并减缓内量子效率随驱动 电流增大而快速下降的趋势.随着活性层量子阱增加到特定数量, 选择性p型掺杂的调控效果更加明显, LED芯片的双波长发光峰强度达到基本均衡.     

结构参数对GaN肖特基紫外探测器性能的影响及器件设计

研究了GaN肖特基结构(n^--GaN /n⁺-GaN)紫外探测器的结构参数对器件性能的影响机理。模拟计算结果表明:提高肖特基势垒高度和减小表面复合速率,不仅可以增加器件的量子效率,而且可以极大地减小器件的暗电流;适当地增加n^--GaN层厚度和载流子浓度可以提高器件的量子效率,但减小n^--GaN层的载流子浓度却有利于减小器件的暗电流。我们针对实际应用的需要,提出了一个优化器件结构参数的设计方案,特别是如果实际应用中对器件的量子效率和暗电流都有较高的要求,肖特基势垒高度应该≥0.8 eV,n^--GaN层的厚度≥200 nm,载流子浓度1×10¹⁷ cm^-3 左右,表面复合速率＜1×10⁷ cm/s。     

基于液相外延的InAs基红外探测器InAsSbP阻挡层的仿真

在传统pn结红外探测器中,宽带隙阻挡层的引入可以有效降低器件暗电流。采用COMSOL软件对探测器的能带图进行仿真,结果表明,InAsSbP四元合金通过n型或p型掺杂,其能带结构能够实现价带能级的下凹或导带能级的上凸,起到阻挡空穴或电子的作用。通过理论分析和仿真计算,确定了满足阻挡层要求的InAsSbP组分。对于nBip型和pBin型红外探测器,仿真得到了阻挡层的最优厚度和最优掺杂浓度(粒子数浓度),并分析了其偏离最优值时对器件暗电流的影响。对于nBip型探测器,当阻挡层厚度为40nm、掺杂浓度为2×10~(18) cm~(-3)时,器件开关比最大;对于pBin型探测器,当阻挡层厚度为60nm、掺杂浓度为4×10~(17) cm~(-3)时,器件的开关比最大。     

以弱p型为有源区的新型p-n结构GaN紫外探测器

提出了以弱p型（p^－-GaN）为有源区的p-n结构GaN紫外探测器.由于弱p型层的载流子浓度较低,很容易增加耗尽区的宽度,从而可以增加器件的量子效率.通过模拟计算,研究了金属与p^－-GaN层的肖特基接触势垒高度、p^－-GaN层厚度等参数对器件性能的影响.研究结果表明,降低金属与p^－-GaN层的接触势垒高度、适当减小p^－-GaN层厚度能够实现有源层方向单一的内建电场,从而提高器件的量子效率.要制备出 关键词： 弱p型GaN 紫外探测器 量子效率     

不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层对双波长LED作用的研究

采用软件理论分析的方法对不同掺杂类型的GaN间隔层和量子阱垒层在InGaN/GaN多量子阱双波长发光二极管中对发光光强、内量子效率、电子空穴浓度分布、溢出电流等作用进行模拟分析. 分析结果表明,p型掺杂的GaN间隔层与量子阱垒层的引入同不掺杂和n型掺杂两种类型比较,可以大大减少溢出电子流,极大地提高各量子阱内空穴浓度,提高双波长发光二极管的发光强度,极大的改善内量子效率随电流增大而下降问题. 关键词： GaN 掺杂类型 数值模拟 双波长发光二极管     

n型窗口层材料及其在高速沉积微晶硅太阳电池中的应用研究

采用常规的射频等离子体增强化学气相沉积技术制备了可以用于微晶硅薄膜太阳电池的n型的掺杂窗口层材料.通过掺杂窗口层材料在电池中的应用发现：微晶硅薄膜太阳电池由于其电子和空穴的迁移率相差比较小而显示出磷掺杂的n型的微晶硅材料也可以像硼掺杂的p型的微晶硅材料一样,可作为微晶硅薄膜太阳电池的窗口层材料;两种窗口层制备电池的效率差别不大,而且量子效率（QE）测试结果显示两种电池的n/i和p/i界面没有明显的区别;电池的双面不同波长拉曼光谱的测试结果给出：不论是n/i/p还是p/i/n型的电池,在起始生长本征层阶段均 关键词： n型的掺杂窗口层 p型的掺杂窗口层 微晶硅薄膜太阳电池     

渐变型量子阱垒层厚度对GaN基双波长发光二极管发光特性调控的研究

采用软件理论分析的方法对渐变型量子阱垒层厚度的InGaN双波长发光二极(LED)的载流子浓度分布、 能带结构、自发发射谱、内量子效率、发光功率及溢出电子流等进行研究.分析结果表明, 增大量子阱垒层厚度会影响空穴在各量子阱的注入情况, 对双波长LED各量子阱中空穴浓度分布的 均衡性及双波长发光光谱的调控起到一定作用,但会导致内量子效率严重下降; 而当以特定的方式从n电极到p电极方向递减渐变量子阱垒层厚度时, 活性层量子阱的溢出电子流 得到有效的控制, 双发光峰强度达到基本一致, 同时芯片的内量子效率下降得到了有效控制, 且具备大驱动电流下较好的发光特性.     

InAlAs浓度对In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性的影响北大核心CSCD

红外探测器的性能受内部结构各层掺杂浓度的影响,而倍增层掺杂浓度会明显改变器件的性能。为了降低暗电流,提高器件性能,采用三元化合物In_(0.83)Al_(0.17)As作为倍增层材料,借助仿真软件Silvaco详细研究了In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器的倍增层掺杂浓度对器件电场强度、电流特性和光响应度的影响规律。结果表明,随着倍增层掺杂浓度的增加,器件倍增层内的电场强度峰值增加,同时,器件的暗电流与光响应度减小。进一步研究发现,当倍增层掺杂浓度为2×10^(16) cm^(−3)时,器件获得最优性能,暗电流密度为0.62144 A/cm^(2),在波长为1.5μm时,光响应度和比探测率分别为0.9544 A/W和1.9475×10^(9) cmHz^(1/2)W^(−1)。     

极化效应对AlGaN/GaN异质结p-i-n光探测器的影响

基于等效薄层电荷近似模拟表征极化电荷的作用, 通过自洽求解Poisson-Schrödinger方程以及求解载流子连续性方程, 计算并且讨论了p-AlGaN层掺杂浓度和界面极化电荷对AlGaN/GaN异质结p-i-n紫外探测器能带结构和电场分布以及光电响应的影响. 结果表明, 极化效应与p-AlGaN层掺杂浓度相互作用对探测器性能有较大影响. 其中, 在完全极化条件下, p-AlGaN层掺杂浓度越大, p-AlGaN层的耗尽区越窄, i-GaN层越容易被耗尽, 器件光电流越小. 在一定掺杂浓度条件下, 极化效应越强, p-AlGaN层的耗尽区越宽, 器件的光电流越大. 最后还分析了该结构在不同温度下的探测性能, 证明了该结构可以在高温下正常工作.     

一种减小GaN基肖特基结构紫外探测器暗电流的方法

提出了一种减小GaN肖特基结构紫外探测器暗电流的方法.该方法是在普通的GaN肖特基结构的表面增加一层薄的p-GaN.模拟计算结果表明,该层p-GaN能增加肖特基势垒高度,从而减小了器件的暗电流,提高了器件性能.进一步的计算还发现,对于p型载流子浓度较高的情况下,只需要很薄的一层p-GaN就能显著增加肖特基势垒高度,对于p型载流子浓度较低的情况下,则需要较厚的一层p-GaN才能有较好的肖特基势垒高度增加效果. 关键词： GaN 肖特基结构 紫外探测器 暗电流     

量子阱渐变层材料及结构对GaN基LED性能的影响

In组分渐变InGaN/GaN量子阱结构可以有效解决晶格失配所带来的LED发光效率降低的问题。采用Silvaco软件建立了In组分渐变量子阱结构数值计算模型,研究了量子阱中渐变层In组分及渐变层厚度对极化电荷密度、载流子浓度及LED功率谱密度的影响。研究结果表明：随着渐变层中In组分的增加,载流子浓度以及极化电荷密度都在增大,但极化电荷密度增幅较小,峰值功率谱密度随着In组分增加的增长幅度逐渐减小;功率谱密度随着渐变层顶层厚度的增加先增大后减小,渐变层非顶层厚度不均匀时的功率谱密度比均匀时的功率谱密度小。     

发射层厚度对反射式GaAs光电阴极性能的影响

通过求解扩散方程,推导了含有后界面复合速率的反射式GaAs光电阴极量子效率公式,并利用MBE在GaAs (100)衬底上外延生长了发射层厚度分别为1.6 μm、2.0 μm和2.6 μm,掺杂浓度为1×1019cm－3的三个反射式GaAs阴极样品,进行了激活实验.实验结果显示:随着发射层厚度的增加,阴极的长波量子效率和灵敏度都有所提高,而这种提高与阴极电子扩散长度的增长有关.同时,理论仿真研究发现,当后界面复合速率小于或等于105cm/s时,阴极发射层有一个最佳厚度,此时阴极灵敏度最高.后界面复合速率对阴极灵敏度在发射层厚度较小时影响较大,而随着厚度的增大阴极灵敏度最终趋于稳定.     

In_(0.53)Ga_(0.47)As光电探测器量子效率的理论仿真分析

研究了材料参数对In0.53Ga0.47As光电探测器量子效率的影响。分析发现量子效率的变化主要取决于入射光的方向,P区与N区载流子浓度以及各区的表面复合速度和厚度。当光从P区入射时,P区载流子的表面复合速度、载流子浓度以及厚度对量子效率均产生极大的影响。N区材料参数对量子效率也有轻微的影响。在高载流子浓度范围内(n1017cm-3),表面复合速度和厚度是主要影响因素。当光从N区入射时,载流子浓度n1017cm-3时,N区表面复合速度为影响量子效率的主要因素;而当载流子浓度n1016cm-3时,对量子效率产生影响的主要因素为材料厚度。     

In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管响应及电学特性

通过分子束外延生长和开管式Zn扩散方法,制备了低暗电流、宽响应范围的In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管.在0.95倍雪崩击穿电压下,器件暗电流小于10nA;-5V偏压下电容密度低至1.43×10~(-8) F/cm~2.在1 310nm红外光照及30V反向偏置电压下,雪崩光电二极管器件的响应范围为50nW~20mW,响应度达到1.13A/W.得到了电荷层掺杂浓度、倍增区厚度结构参数与击穿电压和贯穿电压的关系:随着电荷层电荷密度的增加,器件贯穿电压线性增加,而击穿电压线性降低;电荷层电荷面密度为4.8×10~(12)cm~(-2)时,随着倍增层厚度的增加,贯穿电压线性增加,击穿电压增加.通过对器件结构优化,雪崩光电二极管探测器实现25V的贯穿电压和57V的击穿电压,且具有低暗电流和宽响应范围等特性.     

InGaAs-MSM光电探测器设计与仿真研究

对基于InGaAs材料体系的金属 半导体 金属（metal semiconductor metal,MSM）光电探测器进行设计,并对其暗电流、光电流、电容以及截止频率等性能参数进行仿真。通过添加InAlAs肖特基势垒增强层,将探测器的暗电流减小到了pA量级。仿真结果表明,探测器在光照下有明显的光响应,通过合理设计器件结构,探测器的工作频率可以达到1.5 THz。制备了探测器样品,并对其暗电流和光响应进行了测试,测试结果与仿真结果基本吻合。     

多层石墨烯纳米带光电探测器理论与性能分析

多层石墨烯具有超宽的光谱吸收范围及独特的光电性能,是制作下一代光电探测器件的理想材料。以石墨烯的带间隧穿理论为基础,提出了一个多层石墨烯纳米带结构的光电探测器模型,纳米带的两端与源极和漏极相连,夹在半导体基质和上下栅极之间。利用这个模型,建立了多层石墨烯纳米带探测器的光电转换机制,讨论了上栅极电压不同时探测器的工作原理,研究了源-漏极间光电流及暗电流与入射光能量的关系,探讨了探测器的偏置电压,耗尽层长度以及带隙取值对暗电流的影响,并分析了不同参数下探测器响应率以及探测率随入射光能量的变化关系。结果表明,探测器的响应率随纳米带层数的增加而增加,受带隙,耗尽层长度和偏置电压的影响,最大的响应率约为103 A·W-1; 通过限制上栅压,带隙等变量可以控制系统暗电流,增大探测器的探测率,最高探测率约为109 cm·Hz1/2·W-1。多层石墨烯纳米带结构可以增强探测器对入射光的吸收,提高探测器的灵敏度以及对弱光的探测能力,实现对太赫兹到远红外波段入射光的有效探测,探测性能远高于许多量子结构和窄带半导体结构的光电探测器。