1 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
2 中国电子科技集团公司第四十一研究所, 山东青岛 266555
光电导天线作为太赫兹时域光谱仪产生与探测太赫兹辐射的关键部件, 具有重要的科研与工业价值。本文采用分子束外延 (MBE)方法制备 InGaAs/InAlAs超晶格作为 1 550 nm光电导天线的光吸收材料, 使用原子力显微镜、光致发光、高分辨 X射线衍射等方式验证了材料的高生长质量; 通过优化制备条件得到了侧面平整的台面结构光电导天线。制备的光电导太赫兹发射天线在太赫兹时域光谱系统中实现了 4.5 THz的频谱宽度, 动态范围为 45 dB。
太赫兹时域光谱仪 光电导天线 分子束外延 InGaAs/InAlAs超晶格 terahertz time-domain spectrometer photoconductive antenna Molecular Beam Epitaxy InGaAs/InAlAs superlattices 太赫兹科学与电子信息学报
2023, 21(12): 1403
1 中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区 导弹工程系，河北 石家庄 050003
2 中国科学院半导体研究所 超晶格国家重点实验室，北京 100083
3 西安电子科技大学 宽带隙半导体技术国家重点学科实验室，陕西 西安 710071
4 首都师范大学 物理系 太赫兹光电子学教育部重点实验室，北京 100048
5 中国科学院半导体研究所 半导体集成技术工程研究中心，北京 100083
6 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
采用分子束外延技术制备了InP基HEMT样片，室温下样片迁移率达10 289 cm2/(V·s)。通过光刻、腐蚀、磁控溅射、点焊等工艺技术制备出了蝶形天线耦合的太赫兹探测器件。器件采用的蝶形天线经HFSS软件仿真优化后，天线S11参数为-40 dB，电压驻波比(VSWR)为1.15，增益可达6 dB，并与二维电子气沟道实现阻抗匹配。在VDI公司0.3 THz肖特基二极管太赫兹源辐照下进行器件测试，测试结果表明，室温下器件噪声等效功率(NEP)为40 nW/Hz1/2，探测响应度46 V/W，器件响应时间优于330 μs。
太赫兹探测器 高电子迁移率场效应晶体管 磷化铟 蝶形天线 分子束外延 terahertz detector HEMT InP bow-tie antenna excellent beam quality 红外与激光工程
2019, 48(9): 0919001
1 西安电子科技大学 宽带隙半导体技术国家重点学科实验室, 陕西 西安 710071
2 中国科学院半导体研究所, 超晶格国家重点实验室, 北京 100083
为了得到较低的接触电阻, 研究了帽层未掺杂的InAs/AlSb 异质结的Pd/Ti/Pt/Au合金化欧姆接触.利用传输线模型(TLM)测量了接触电阻Rc.在最佳的快速热退火条件为275 °C和20 s时, InAs/AlSb 异质结的Pd/Ti/Pt/Au接触电阻值为0.128 Ω·mm.TEM观察发现经过快速热退火后Pd已经扩散到半导体中有利于高质量欧姆接触的形成.研究表明经过Pd/Ti/Pt/Au 合金化欧姆接触后Rc有明显减小, 适用于InAs / AlSb 异质结的应用.
欧姆接触 快速热退火 InAs/AlSb异质结 Ohmic contacts rapid thermal annealing InAs/AlSb heterostructures
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3~4 μm波段中红外激光器在工业气体检测、医学医疗和自由空间光通信等诸多领域具有十分重要的应用。目前锑化物半导体带间级联激光器是实现中红外3~4 μm波段的理想方案。带间级联激光器(Interband Cascade Laser,ICL)可以看做是通过电子和空穴复合产生光子的传统二极管激光器以及通过引入多个级联区来提高电子注入效率的子带间量子级联激光器(Quantum Cascade Laser,QCL)的融合。文中概要介绍了带间级联激光器的基本工作原理, 阐述了国际上主要研究单位包括俄克拉荷马大学、美国海军实验室、德国伍兹堡大学等带间级联激光器的发展历史, 介绍了国内单位包括中国科学院半导体所研制成功带间级联激光器的性能, 分析了该类激光器设计制备技术难点和及性能进一步提升优化的技术方案。
带间级联激光器 二类W型量子阱 中红外 GaSb基 interband cascade laser type-ⅡW quantum well mid-infrared GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(10): 1003003
1 中国科学院半导体研究所 半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
2 μm波段GaSb基大功率激光器在诸多领域具有广阔的应用前景,如气体探测、医疗美容、激光加工等。基于功率提升, 综述和讨论了2 μm波段GaSb基激光器结构的发展过程, 介绍了目前国内外的研究状况, 讨论和分析了GaSb基激光器提升功率、效率的主要技术问题。并详细介绍了该领域近年来在传统激光器中引入的两种新结构, 分析了其技术优势。指出目前2 μm波段GaSb基大功率激光器面临瓶颈, 并讨论了其发展趋势。
大功率半导体激光 GaSb基 high power semiconductor laser 2 μm 2 μm GaSb-based 红外与激光工程
2018, 47(5): 0503003
1 中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049,
基于InGaSb/AlGaAsSb材料体系, 制备出了一款高性能的镀膜激光器。为了性能对比, 同时制备了未镀膜激光器。未镀膜的器件在注入电流为3.0 A时, 室温连续模式下的输出功率达到300 mW, 最大插头效率为 8.3%。镀膜器件在注入电流为2.6 A时, 室温连续模式下的输出功率达到380 mW, 最大插头效率为15.6%; 另外, 在0.3~2.4 A的注入电流范围内, 镀膜器件的插头效率均大于10.0%, 激射波长均在2.0 μm附近。
激光器 红外 量子阱 锑化镓
1 中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区导弹工程系， 河北 石家庄 050003
2 中国科学院半导体研究所超晶格国家重点实验室， 北京 100083
3 首都师范大学物理系太赫兹光电子学教育部重点实验室， 北京 100048
4 中国科学院大学材料科学与光电技术学院， 北京 100049
采用分子束外延技术制备了基于共振隧穿二极管的探测器样品。为提高探测响应度，探测器采用蝶形天线增强太赫兹电场强度，并以0.2 THz入射频率为参考对天线结构进行设计。测试采用输出功率为20 mW的太赫兹源，室温下在有无太赫兹波辐照时分别进行电流-电压(I-V)测试，峰值电压为1.398 V。对比最大电流值之差，计算得到探测器响应度为20 mA·W-1，噪声等效功率为15 nW·Hz-0.5，并通过测量探测器对不同角度入射太赫兹波的响应，验证了天线对太赫兹电场的增强作用。
光学器件 探测器 太赫兹 蝶形天线 共振隧穿二极管
1 中国人民解放军军械工程学院 导弹工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室, 北京 100083
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 西北大学 光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 710069
采用分子束外延技术(MBE)对GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气(2DEG)样品进行了制备, 样品制备过程中, 通过改变Al的组分含量、隔离层厚度、对比体掺杂与δ掺杂两种方式, 在300 K条件下对制备的样品进行了霍尔测试, 获得了室温迁移率7.205E3cm2/Vs, 载流子浓度为1.787E12/cm3的GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气沟道结构, 并采用Mathematica软件分别计算了不同沟道宽度时300 K、77 K温度下GaAs基HEMT结构的太赫兹探测响应率, 为HEMT场效应管太赫兹探测器的研究和制备提供了参考依据.
高电子迁移率晶体管 二维电子气 迁移率 太赫兹探测器 HEMT 2DEG mobility THz detector
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 超快诊断技术重点实验室, 陕西 西安 710119
2 西安交通大学, 陕西 西安 710049
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院半导体研究所 超晶格国家重点实验室, 北京 100083
5 中国科学院半导体研究所 固态光电子信息技术实验室, 北京 100083
6 首都师范大学 物理系 太赫兹光电子学教育部重点实验室, 北京 100048
提供了一种实现片上太赫兹天线集成器件光电导开关材料低温GaAs(LT-GaAs)外延层的转移工艺, 使用HNO3-NH4OH-H2O-C3H8O7·H2O溶液-H2O2-HCl腐蚀体系化学湿法腐蚀分子束外延(MBE)生长的外延材料, Hall测试表明MBE生长的此外延材料电阻率在106 Ω·cm量级.剥离半绝缘GaAs(SI-GaAs)衬底层与Al0.9Ga0.1As牺牲层得到1.5μm LT-GaAs与环烯烃聚合物(COP)键合的结构.原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍显微镜形貌表征表明剥离后的结构表面平整光滑, 表面粗糙度(RMS)为2.28 nm, EDAX能谱仪分析显示该结构中不含Al组分, 满足光刻形成光电导开关的要求.
片上太赫兹天线集成 外延层转移 化学湿法腐蚀 on-chip THz antenna integrated device LT-GaAs LT-GaAs epitaxial layer transfer wet chemical etching
