InGaAs探测器的光电性能仿真与结构优化研究
SAGCM-APD增益影响因子分析与优化
SAGCM-APD增益影响因子分析与优化胡大鹏，郭方敏，朱晟伟，熊大元【摘要】应用二维漂移扩散模型研究具有分立吸收层、渐变层、电荷层和倍增层结构（SAGCM）的InGaAsP-InP雪崩光电探测器（APD），仿真分析了不同电荷层、倍增层厚度和掺杂浓度对电场分布、电流响应及击穿电压的影响，特别是参数变量对增益计算模型的影响，载流子传输过程的时间依赖关系和倍增层中所处位置的影响。
仿真结果表明：较高掺杂浓度和较薄电荷层结构可以改变器件内部的电场分布，进而提高增益值。
当入射光波长为1.55 μm，光功率为500 W/m2时，光电流响应量级在10-2A；阈值电压降低到10 V以下，击穿电压为42.6 V时，器件倍增增益值大于100。
【期刊名称】红外与激光工程【年(卷),期】2010(039)002【总页数】6【关键词】SAGCM-APD；雪崩光电探测器；倍增增益；电流响应；仿真分析0 引言雪崩光电探测器（APD）主要应用于高比特的光波传输系统中，相比传统的PIN光电探测器，这种具有内部增益的APD器件是长距离光纤通信系统中的重要器件[1]。
近年来，具有分立吸收层、渐变层、电荷层和倍增层结构（SAGCM）的APD由于其结构优势而被广泛研究[2-8]。
图1是典型的SAGCM-APD结构，把倍增层和吸收层分离是为了得到较低的偏压和低噪声，因此，吸收作用只发生在低带隙材料层中，而应用宽带隙材料作为倍增层则有利于发生倍增效应[3]。
加入高掺杂浓度的电荷层可以使倍增层得到较高增益带宽积所需要的高电场分布[4]。
此外，在吸收层和倍增层之间加入渐变层结构可以减小空穴在异质结界面传输时发生的捕获效应，增加进入倍增层中的载流子数，提高电流响应。
虽然很多文献对SAGCM-APD进行理论研究，但是很少讨论电荷层和倍增层的厚度、掺杂浓度对电流响应及击穿电压的影响。
文中应用二维漂移扩散模型讨论了不同电荷层、倍增层厚度和掺杂浓度对SAGCM-APD电流响应及击穿电压的影响，研究了器件结构参量改变对倍增增益的影响。
俄歇复合对同质结InGaAs探测器探测率的影响
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半导体光电! 2006 年 4 月第 27 卷第 2 期
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( 11) 其中, = m / m , # s 为相对介电常数 , m 0 为电子的 静态质量, F 1 F 2 为电 子波函数周 期部分的 包络积 分。
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收稿日期 : 2005- 07- 28. 基金项目 : 中国博士 后科 学基金 资助 项目 ( 2004035568) ; 国 家重点基金资助项目 ( 50132020) ; 国家自然科学基金 资助项 目 ( 50372067, 60477012) .
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材料结构和理论分析
InGaAs探测器总剂量辐照性能试验分析
InGaAs探测器总剂量辐照性能试验分析∗张航;刘栋斌;李帅;孙振亚;王文全【摘要】According to environmental requirement of payload,the total dose irradiation is 2 krad( Si) when the orbit-al altitude is 700km and work period is 3 years. So the InGaAS detector of the Xenics company should have the a-bility of 10 krad( Si) resistant radiation. In order to study the characteristics of this InGaAs detector,irradiation test was conducted using a Cobalt60-γ with the total dose of 30 krad( Si) . Main parameters of the detector was studied before and after irradiation. After irradiation,the dark current increases and response of detector decreases with the irradiation dose increasement,which indicates that performance of the detector becomes worse with increasing irradi-ation dose. It is analyzed that the damage mechanisms of detector afterγirradiation,there results provide reference for the total dose resistant irradiation hardening in future.%针对Xenics公司的一款InGaAs探测器,根据载荷工作环境要求,轨道高度700km,在轨工作3年的总剂量辐射为2 krad( Si),技术指标要求探测器的抗总剂量辐射能力要在10 krad( Si)以上。
InP_GaAs异质外延及异变InGaAs光探测器制备
光电器件中的双异质结及其性能研究
光电器件中的双异质结及其性能研究光电器件是一种半导体器件，它将光能转换为电能、电信号或能量的器件。
双异质结则是其中一种常见的器件结构。
在光电器件中，双异质结的学术研究已经相当成熟，并且被广泛应用于太阳能电池、光电检测器和激光器等设备中。
本文将探讨双异质结在光电器件中的性能研究，以及对该领域未来的展望。
一、双异质结结构及其原理双异质结是一种由三层不同材料构成的器件结构，其中夹层由两种宽度不同的半导体材料组成，所以双异质结也被称为“量子阱”结构。
其材料常用的包括三元合金和四元合金材料，如AlxGa1−xAs和InGaAsP等。
这种结构的特点是能量势垒突变，能带结构呈现出态密度的量子化，因此具有较好的性能。
在双异质结中，带隙能量宽度较小，可以使电子和空穴束缚在一起，从而形成共同的能级。
这种束缚的能级，可以被形象地描述为一个“量子阱”的概念。
当硅化处理器件时，硅原子可以替代氮原子，使蓝色光出现。
由于这个“量子阱”的能量与晶体势能的差值相对较小，因此可以随着入射光子能量的改变而实现光发射和吸收。
二、双异质结在光电器件中的应用1. 太阳能电池在太阳能电池中，通过双异质结可以使束缚电子和空穴种类形成载流子，从而增大光生电流。
所以，使用三元合金AlxGayIn1−x−yAs双异质结母材的光电池，其转换效率可能会提高至约33%。
2. 光电检测器光电检测器是电子设备中的一种，用于将入射光信号转化为电信号。
在这种器件中，当光束传播到光电探测元件中时，会在该元件中产生电信号，该信号可以被用作测量和控制光功率的信号。
在光电检测器中，双异质结具有更好的耐辐射性能，可以实现高速响应和低暗电流密度特性。
3. 激光器激光器是光源器件，其信号有高亮度、单色性、直立、表现好等特点，被广泛应用于医疗、通讯等领域中。
在激光器中，使用亚稳超晶格AlGaAs/InGaAs双异质结可以实现高温稳定性和连续波激光输出。
三、未来发展和展望双异质结获得了广泛应用，并且在不断的研究和探索中，将其应用于更加广泛的范围。
光电探测器及应用
要正确选择光电探测器，首先要对探测器的原理和参数有所了解。
1.光电探测器光电二极管和普通二极管一样，也是由PN结构成的半导体，也具有单方向导电性，但是在电路中它不作为整流元件，而是把光信号转变为电信号的光电传感器件。
普通二极管在反向电压工作时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相较大，以便接收入射光。
光电二极管在反向电压工作下的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增加到几十微安，称为光电流。
光的强度越大，反向电流也越大。
光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换为电信号，称为光电传感器件。
2.红外探测器光电探测器的应用大多集中在红外波段，关于选择红外波段的原因在这里就不再冗余了，需要特别指出的是60年代激光的出现极大地影响了红外技术的发展，很多重要的激光器件都在红外波段，其相干性便于移用电子技术中的外差接收技术，使雷达和通信都可以在红外波段实现，并可获得更高的分辨率和更大的信息容量。
在此之前，红外技术仅仅能探测非相干红外辐射，外差接收技术用于红外探测，使探测性能比功率探测高好几个数量级。
另外，由于这类应用的需要，促使出现新的探测器件和新的辐射传输方式，推动红外技术向更先进的方向发展。
红外线根据波长可以分为近红外，中红外和远红外。
近红外指波长为0.75—3微米的光波，中红是指3—20微米的光波，远红外是指20—1000微米的波段。
但是由于大气对红外线的吸收，只留下三个重要的窗口区，即1—3,3—5和8—14可以让红外辐射通过。
因为有这三个窗口，所以可以被应用到很多方面，比如红外夜视，热红外成像等方面。
红外探测器的分类：按照工作原理可以分为：红外红外探测器，微波红外探测器，玻璃破碎红外测器，振动红外探测器，激光红外探测器，超声波红外探测器，磁控开关红外探测器，开关红外探测器，视频运动检测报警器，声音探测器等。
按照工作方式可以分为：主动式红外探测器和被动式红外探测器。
ingaas 光谱响应曲线
ingaas 光谱响应曲线
InGaAs是一种半导体材料，具有良好的光谱响应特性。
InGaAs光谱响应曲线是指在这种材料中，光电流与入射光强度之间的关系曲线。
这条曲线展示了InGaAs材料在不同波长光照射下的响应程度。
InGaAs光谱响应曲线通常具有以下特点：
1. 波长响应范围：InGaAs材料对光的响应范围覆盖了紫外、可见光和近红外区域。
在紫外和可见光区域，响应较低；而在近红外区域，响应逐渐增强。
2. 响应峰值：InGaAs材料的光谱响应曲线在特定波长处存在一个响应峰值。
这个峰值对应的波长取决于材料中的组成比例和制备工艺。
通常情况下，响应峰值出现在近红外区域，如900纳米、1100纳米等。
3. 响应斜率：InGaAs材料的光谱响应曲线在响应峰值附近存在一个斜率。
这个斜率反映了光电流随入射光强度变化的速率。
在紫外和可见光区域，斜率较小；而在近红外区域，斜率增大。
4. 响应时间：InGaAs材料的光谱响应曲线还受到响应时间的影响。
在光强变化较慢的情况下，响应曲线可能会出现拖尾现象。
这是由于InGaAs材料中的载流子寿命较长，导致光生电子和空穴的复合速率较低。
总之，InGaAs光谱响应曲线展示了材料在不同波长光照射下的响应特点。
通过研究这条曲线，可以了解InGaAs在光电子器件中的应用潜力，并为制备高性能的光电探测器、太阳能电池等器件提供指导。
高应变InGaAs
第 44 卷第 4 期2023年 4 月Vol.44 No.4Apr., 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCE高应变InGaAs/GaAs多量子阱中的局域态问题王曲惠1，2，王海珠1，2，王骄1，2，马晓辉1，2*（1. 长春理工大学高功率半导体国家重点实验室，吉林长春 130022；2. 长春理工大学重庆研究院，重庆 401135）摘要：针对高应变InGaAs/GaAs多量子阱中存在的局域态问题，利用金属有机化合物气相外延（MOCVD）技术，设计并生长了五周期的In0.3Ga0.7As/GaAs高应变多量子阱材料。
通过原子力显微镜（Atomic force micro‑scope，AFM）和变温光致发光（Photoluminescence，PL）测试，发现量子阱内部存在缺陷及组分波动的材料无序性表现，验证了多量子阱内部局域态的存在及起源。
同时发现在不同测试位置，局域态在低温下对光谱的影响也不同，分别表现为双峰分布和峰位“S”型变化。
这进一步说明材料内部无序化程度不同，导致局域态的深度也不同。
依据温度‑带隙关系的拟合，提出了包含局域态的多量子阱材料的电势分布，并揭示了局域态载流子和自由载流子的复合机制。
并且借助变功率PL测试，研究了在不同激发功率密度下不同深度的局域态的发光特性。
关键词：InGaAs/GaAs多量子阱；局域态；高应变；金属有机化合物气相外延（MOCVD）中图分类号：O482.31 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20220375Localized States of High-strain InGaAs/GaAs Multiple Quantum Wells WANG Quhui1，2， WANG Haizhu1，2， WANG Jiao1，2， MA Xiaohui1，2*（1. State Key Laboratory of High Power Semiconductor Lasers， Changchun University of Science and Technology， Changchun 130022， China；2. Research Institute of Chongqing， Changchun University of Science and Technology， Chongqing 401135， China）* Corresponding Author， E-mail： mxh@Abstract：In order to study the localized states in high-strain InGaAs/GaAs multiple quantum wells （MQWs）， a five-period In0.3Ga0.7As/GaAs MQWs structure was designed and grown by metal-organic chemical vapor deposition （MOCVD）technique in this paper.By means of AFM and temperature-dependent PL，the material disorders in MQWs such as defects and component fluctuation were found，and the existence and origin of localized states in MQWs were verified. The influence of the localized states on the spectra at low temperature was different for different measurement positions， exhibiting a bimodal distribution and an “S”-shaped change in peak position， respectively.This further indicated that different disorder within the material led to different depths of localized states. Based on the fitting of the temperature-bandgap relationship， the potential distribution of the MQWs structure containing local‑ized states was proposed，and the recombination mechanism of the localized state carriers and free carriers was re‑vealed.The optical properties of localized states at different depths under different excitation power densities were studied with the help of excitation power-dependent PL measurement.Key words：InGaAs/GaAs MQWs； localized states； high strain； metal-organic chemical vapor deposition（MOCVD）文章编号： 1000-7032（2023）04-0627-07收稿日期：2022‑10‑23；修订日期：2022‑11‑08基金项目：吉林省科技发展计划（20210201089GX）；重庆市自然科学基金（cstc2021jcyj‑msxmX1060）Supported by Jilin Science and Technology Development Plan（20210201089GX）；Natural Science Foundation of ChongqingCity（cstc2021jcyj‑msxmX1060）第 44 卷发光学报1 引 言半导体激光器具有体积小、重量轻、价格便宜、寿命长、可靠性高、易于集成等优点，适用于工业加工、国防军事、医疗、通讯等领域，现已成为光电子领域的核心器件[1-2]。
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InGaAs探测器的光电性能仿真与结构优化研究短波红外In GaAs探测器在近室温下具有良好的性能,在航天遥感领域有着重要的应用价值。
为进一步提升短波红外InGaAs探测器的性能,本论文重点研究了InAlAs帽层的晶格匹配和延伸波长探测器的关键结构参数对暗电流的影响,并进行了实验验证,研究了器件暗电流机制;仿真了吸收层内含有电子阻挡层器件的暗电流特性,与无电子阻挡层结构器件特性进行对比分析,并对电子阻挡层的位置和周期进行了仿真优化,获得了抑制暗电流的优化结构参数。
概述了建立仿真建模的过程,包括模块的选择、结构定义、物理模型设定、数值方法选择、器件特性获取以及结果分析等。
另外,还有实时输出窗口可以用来直接查看结果并调试模型的参数等,概述了Atlas软件仿真的基本流程。
采用Atlas器件仿真软件,研究了与InP衬底晶格匹配的InAlAs帽层器件的暗电流机制,分析了吸收层厚度和掺杂浓度对器件暗电流的影响。
研究发现,吸收层厚度在0.25μm以内时,暗电流会随着厚度增大而减小,进一步增大厚度时,暗电流的变化较小;吸收层浓度增大,暗电流会减小,但是浓度增大到一定程度将会影响到光的吸收效率。
通过实验验证,分析器件的暗电流机制,发现室温下器件的暗电流主要由扩散电流主导。
采用标准替代的方法,研究了光栅光谱仪和傅里叶光谱仪校准器件的响应光谱,结果表明,利用已知的标准器件及其标准光谱,两者都可以用来校准待测器件的响应光谱。
傅里叶光谱仪由于具有便携操作性,信号较强,稳定性高等优点,一般得到的结果相对优于光栅光谱仪。
采用Atlas器件仿真软件研究了InAlAs帽层延伸波长器件的暗电流机制,分析了吸收层厚度和掺杂浓度对器件暗电流的影响,同时
研制了基于界面数字超晶格结构的In GaAs探测器,并测试了器件的暗电流和响应光谱。
器件响应光谱与仿真拟合结果基本一致。
在暗电流特性方面,在-0.01V
下,300K和200K时的暗电流大小为6.47×10-9A和1.05×10-12A。
并分析了暗电流温度特性,获得了激活能,220K-300K拟合的激活能为
Ea=0.38eV,表明近室温下暗电流电流以扩散和产生复合为主,理论仿真结果一致。
在吸收层内插入电子阻挡层是抑制器件暗电流的一种方法,它改变了载流子的传输,且能够减小晶格失配带来的应力并降低缺陷密度。
本论文研制了含电子阻挡层的器件D2,测试其在室温和低温下的暗电流,并
与无电子阻挡层器件D1的电流特性进行了对比。
结果表明,D2器件暗电流小于
D1器件,在偏压-0.01V,室温下D1和D2测试的的暗电流的特征值是8.27×
10-4A/cm2和3.25×10-4A/cm2,与仿真结果基本一致;温度降低时,D1和D2器件暗电流均下降,且下降幅度基本一致;这是因为电子阻挡层在导带中形成势垒,阻碍电子传输,而在价带中几乎没有势垒的影响,所以其作用是延长了少子的寿命,抑制了复合电流。
基于以上研究,本论文采用仿真方法对器件的结构进行了优化,分析了超晶
格电子阻挡层的位置和周期变化时对暗电流的影响,发现电子势垒位置接近吸收层中间且周期厚度为15nm时,可以获得较小的暗电流。