Al组分对GaAs/AlxGa1－xAs 量子阱红外探测器峰值响应波长的修饰

为了确定量子阱红外探测器(QWIP)峰值响应波长与 势垒中Al组分的关系,建立微观结构表征与宏观特性的关系, 设计不同组分含量的实验样品,对样品进行相应的测试,分析探讨了Al组分与理论峰值波长 的关系。利用金属有机 物化学气相沉积(MOCVD)生长GaAs/AlxGa1－xAs量子阱材料,分别制备出势垒中Al组分为0.23、0.32的1#、2#样品。用傅里叶光谱仪分别对其进行77K液氮温度下 响应光谱测试及室温光致 荧光(PL)测试。响应光谱结果显示,1#、2#样品峰值响应波长分别为8.36、7.58μm,与由薛定谔 方程计算得到的峰值波长9.672、7.928μm 的误差分别为15.6%、4.6%。利用高分辩透射扫描电镜(HRTEM)对样 品进行分析发现,GaAs与AlGaAs 晶格的不匹配及量子阱材料生长过程精度控制不够是造成1#样品误差较大的主要原因,说明 势垒中Al组分x减小致 使量子阱中的子带间距离逐渐缩小,导致峰值响应波长红移。PL实验结果与理 论计算相符合,说明改变势垒中Al组分x可实现QWIP峰值波长的 微调。     

GaAs/Al0.3Ga0.7As 量子阱红外探测器光谱特性研究

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱材料,制备300 m300 m台面,内电极压焊点面积为20 m20 m,外电极压焊点面积为80 m80 m单元量子阱器件两种。利用傅里叶光谱仪对1#,2#样品进行77K液氮温度光谱响应测试。实验结果显示1#,2#样品峰值响应波长分别为8.43 m,8.32 m,与根据薛定谔方程得到器件理论峰值波长8.5 m间误差分别为1.0%,2.1%。实验结果说明MOCVD技术可以满足QWIP生长制备工艺要求,且器件电极压焊点位置与面积大小对器件峰值波长影响不大,而对峰值电流有一定影响。     

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器的量子阱参数设计

量子阱参数如势阱宽度、势垒高度和阱中的掺杂浓度决定了阱中的能级分布及光学吸收,它和量子阱红外探测器(QWIP)的响应波长、暗电流、响应率、探测率等特性参数密切相关.为了使设计的QWIP达到预期的各种性能指标,对其各参量进行了精心设计.运用量子阱的第一激发态与势垒的高度接近时产生共振效应,进行了量子阱的优化设计,得出垒高和阱宽的关系.另外,根据器件光谱响应的要求,利用传输矩阵法计算出相应的量子阱参数.此设计方法在GaAs/AlGaAs长波-长波双色QWIP中得到了较好的验证.     

传输矩阵法在多量子阱红外探测器结构设计中的应用

采用传输矩阵法对多量子阱结构导带子能级位置进行理论计算,确定其量子阱宽度、势垒高度等物理参数.用MBE设备进行GaAs/AlGaAs 多量子阱红外探测器结构材料的生长.利用傅里叶变换红外光谱仪对所制作的器件进行了光谱测量,不同外延材料的对比实验结果表明,器件的峰值响应波长与理论计算结果吻合较好;由传输矩阵法计算确定的多量子阱导带子能级位置而推算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性.     

量子阱红外探测器光谱特性研究

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长 制备30~50 μm×300 μm台面, 外电极压焊点面积80 μm×80 μm,内电极压 焊点面积20 μm×20 μm的GaAs/AlGaAs量子阱样 品数件,峰值响应波长为8.5 μm,从理论和实验两方面分析探讨了测试样品光谱特性。用傅 里叶光谱仪 分别对其进行50 K液氦温度下光谱响应测试,实验结果显示1#,2#样品峰值响应波长分别为8.38 μm,8.42 μm,与理论峰值响应波长8.5 μm分别相差0.12 μm,0.08 μm,误差约为1.4%。两样品峰值响应波长实验值与理论值误差均小于2.0%,实验结果表明金 属有机物化学气相沉积法技术可满足量子阱红外材料生长工艺要求,探测器电极压焊点面积 大小与位置对器件光谱特性影响甚微,该误差主要由测试系统引起的,利用高分辨透射扫描 电镜(HRTEM)对样品的微观结构进行剖析研究,说明虽然样品存在不同程度位错现象,但 由GaAs与AlGaAs晶格间不匹配带来的应力应变对器件宏观光谱响应特性影响不明显。     

阱宽对GaAs/Al0.3Ga0.7As量子阱红外探测器光谱响应的影响

采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD)生长 了两种不同结构参数的GaAs/Al0.3Ga0.7As红外量子阱材料, 利用傅里叶光谱仪,分别对阱宽为4.5与5.0nm的样品进行77K液氮 温 度下光谱响应测试及室温光致发光(PL)光谱 测试,样品的峰值响应波长分别为8.39、7.69μm,与根据薛定谔方 程计算得到 的峰值波长8.92、8.05μm的误差分别为6.36%、4.70%。对吸收峰向高能方向发生漂移的现象进行了分析讨论,认为势阱变窄时阱中的 应 力作用较强是导致峰值波长红移的原因,而与GaAs阱中进行适度Si掺杂无关。PL实验结果与 理论计算相符合,表明增加阱宽是量子阱带间跃迁能量升高的原因。据此可实现对量子阱能 级的微调,从而满足对不同波长探测的需要。     

中波-长波红外双色QWIP探测器设计

双色QWIP是一类重要的第三代红外探测器,但很少有研究报道对其有源区结构以及耦合光栅参数进行系统的计算分析和优化设计。文中基于包络函数近似、传输矩阵模型、经典光学原理等理论对中波-长波红外双色QWIP探测器的多周期有源区以及二维耦合光栅进行了较为详细的优化设计。长波红外(LWIR)有源区采用GaAs/AlGaAs准匹配体系的多量子阱结构,峰值响应波长为8.5 m;中波红外(MWIR)有源区采用InGaAs/GaAs/AlGaAs应变体系的微带超晶格结构,峰值响应波长为4.5 m;子带间跃迁类型均设计为束缚态-准束缚态(B-QB)以降低暗电流,提高探测率。此外,通过折衷优化设计,采用单周期二维光栅以有效实现LWIR与MWIR的双色耦合。上述设计对双色QWIP器件的研制具有较好的实际指导意义。     

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。     

单轴压应变量子阱红外探测器吸收波长的研究

研究了单轴压应力对GaAs/AlGaAs/GaAs量子阱红外探测器(QWIP)吸收波长的影响。以量子阱电子干涉方法以及单轴压应力作用下量子阱应变理论为基础,分析了GaAs/AlGaAs/GaAs量子阱导带中子能级与应变的关系。理论上计算了单轴应力下四个QWIP吸收波长与应变的关系。结果表明,E1与E<1>能级之间的吸收波长和E(1)与EF能级之间的吸收波长随应变的增大而减小的幅度比E1与EF能级之间的吸收波长和E(0)与E1能级之间吸收波长随应变的增大减小的幅度大。     

长波双色AlxGa1-xAs/GaAs量子阱红外探测器的研制

介绍了长波双色AlxGa1-xAs/GaAs多量子阱红外探测器单元的设计、制作和测试。器件光敏面面积为300μm&#215;300μm,光吸收峰值波长分别为10.8、11.6μm;采用垂直入射光耦合的工作模式,65K温度2V偏压下,两个多量子阱区的暗电流分别为4.23&#215;10^-6、4.19&#215;10^-6A;黑体探测率分别为1.5&#215;10^9、6.7&#215;10^9cm.Hz^1/2/W;响应率分别为0.063、0.282A/W。GaAs基量子阱红外探测器（QWIP）材料生长和加工工艺成熟、大面积均匀性好、成本低、不同波段之间的光学串音小,使得AlGaAs/GaAsQWIP在制作多色大面阵方面具有明显的优势。     

用PL谱评测多量子阱红外探测器外延材料

对GaAs/AlGaAs多量子阱红外探测器外延材料进行了光致荧光谱(PL)测量,结合理论计算,由材料吸收峰位置得到势垒高度以及势阱基态位置,并由此推算出相应的红外探测响应波长。推算结果与器件光电流实验值的对比表明,由光致荧光谱(PL)测量结果计算得到的响应波长与实际器件的响应波长有良好的一致性。     

AlGaAs/GaAs量子阱探测器的吸收光谱研究

从定态Schrodinger方程出发,研究了不同Al组分和不同温度对宽量子阱红外探测器吸收光谱的影响。当体系的费米能级固定后,发现量子阱基态束缚能随着A1组分增长而变大,且相应的吸收光谱峰值趋于短波。环境温度对A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器的响应光谱影响不大。通过理论计算定量给出了A1GaAs/GaAs量子阱红外探测器吸收光谱随量子阱阱宽、Al组分和温度变化的规律。     

（英）量子阱红外探测器峰值探测波长的精确设计与实验验证

采用单能带电子有效质量近似(EMA)和波包函数近似(EFA)模型,考虑了能带非抛物线性等高阶因素,并利用投试法求解薛定谔方程,计算了准确设计峰值探测波长的GaAs/AlGaAs量子阱探测器结构参数.基于计算结果,用分子束外延(MBE)方法生长了设计峰值波长为8μm的GaAs/AlGaAs多量子阱材料,进而制备了单元器件,并测试了I-V曲线、光谱响应和探测率.I-V曲线的良好对称性显示了材料生长与器件制备工艺的质量,光谱响应曲线表明器件实际的峰值探测波长为7.96～7.98μm,与设计预期值吻合.     

MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AlGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT

IntroductionSince 1980s,the infrared detector based on inter-subband transitions in quantum well(QW)systems,called the quantum well infrared photoconductor(QWIP),has been studied and developed extensivelyand successfully[1].Quantumwell intermixing(QWI)tec…     

MODIFICATION OF ABSORPTION SPECTRUM OF GaAs/AIGaAs QUANTUM WELL INFRARED PHOTODETECTOR BY POSTGROWTH ADJUSTMENT

Quantum well intermixing techniques modify the geometric shape of quantum wells to allow postgrowth adjustments. The tuning effect on the optical response property of a GaAs/AlGaAs quantum well infrared photodetector (QWIP) induced by the interdifussion of Al atoms was studied theoretically. By assuming an improvement of the heterointerface quality and an enhanced Al interdiffusion caused by postgrowth intermixings, the photoluminescence spectrum shows a blueshifted, narrower and enhanced photoluminescence peak. The infrared optical absorption spectrum also shows the expected redshift of the response wavelength. However, the variation in the absorption peak intensity depends on the boundary conditions of the photo generated carriers. For high-quality QWIP samples, the mean free path of photocarriers is long so that the photocarriers are largely coherent when they transport across quantum wells. In this case, the enhanced Al interdiffusion can significantly degrade the infrared absorption property of the QWIP. Special effects are therefore neededto maintain and/or improve the optical properties of the QWIP device during postgrowth treatments.     

256×1甚长波量子阱红外焦平面研究

GaAs/AlGaAs量子阱红外探测器由于其所依据的GaAs基材料较为成熟的材料生长和器件制备工艺,使其特别适合于高均匀性、大面积红外焦平面的应用。报道了甚长波256×1元GaAs/AlGaAs多量子阱红外焦平面器件的研制成果, 探测器的峰值波长为15 μm,响应带宽大于1.5 μm。在40 K工作温度下,器件的平均黑体响应率Rp=3.96×106 V/W, 平均黑体探测率为D*=1.37×109 cm·Hz1/2/W, 不均匀性为11.3%, 并应用研制的器件获得了物体的热像图。     

GaAs／AlGaAs量子阱红外探测器特性非对称性分析

在分子束外处生长量子阱材料过程中,分析了在不同的GaAs/AlGaAs异质结生长次序中Ga的解吸附速率不同和量子阱中掺杂的扩散造成量子阱结构的不对称,讨论了GaAs/AlGaAs最子红外探测器的性能参数相对于正负偏压的不对称性,并与金属有机化合物汽相沉淀法生长的最子阱材料和相应器件进行了比较,发现,采用分子束外延方法生长器件的不对称性更明显。     

160×128元多量子阱长波红外焦平面探测器件研制

报道了新研制出的160×128元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面器件。使用MBE的方法在半绝缘的GaAs衬底上生长器件结构；开发了用普通光刻技术和离子束刻蚀法制备2D光栅技术，以及探测器芯片与读出电路互联技术。在77 K时测试，器件的平均峰值探测率Dλ*=1.28×1010 cmW-1Hz1/2，峰值波长为λp=8.1 μm，截止波长为λc=8.47 μm。器件的非盲元率≥98.8％，不均匀性10％。