针对1064nm波段高灵敏激光测距应用, 设计了一种由单光子雪崩光电二极管(SPAD)、微型热电制冷器(TEC)、主动淬灭主动恢复电路(AQAR)、温控单元、高压单元、FPGA等混合集成的高性能单光子探测器模块。SPAD芯片采用了分离吸收渐变电荷倍增(SAGCM)的InGaAsP/InP材料结构设计, 内部电场分布经Matlab软件仿真, 结果显示该结构具有良好的增益特性。SPAD芯片通过TEC制冷保持低温工作来降低暗计数以抑制器件的噪声。低延迟AQAR由高速比较器与宽带放大器构成, 淬灭时间约为1.2ns, 有效减少了后脉冲效应。测试结果表明, 在-30℃, 探测效率为30.2%下, 暗计数率仅为1.9kHz, 在死时间为0.8μs时, 后脉冲为10.4%。通过集成化设计的单光子探测器模块具有探测效率高和暗计数率低的优势, 能够满足小型化激光测距应用需求。

结合外延材料工艺、芯片工艺及互连集成工艺具体情况, 分析了AlGaN外延材料、探测器阵列芯片及倒焊芯片的均匀性特点, 讨论了影响外延材料Al组分分布均匀性、芯片电阻和电容分布均匀性的各种因素。在此基础上, 提出了改进器件均匀性的技术途径。利用MOCVD外延材料生长技术, 生长了背照式AlGaN-pin异质结构外延材料, 并利用所生长的外延材料制作了320×256元AlGaN日盲紫外焦平面阵列器件。测试所制作的器件, 结果显示, 其光谱响应范围为255~280nm, 位于日盲波段, 0V偏置时272nm峰值波长响应度大于0.16A/W(外量子效率大于72.9%), 有效像元数大于99.2%, 响应非均匀性小于3.36%。

对基于斜台面工艺的背照式pin型GaN紫外雪崩探测器制备进行了简要介绍。通过斜台面制作工艺的对比优化研究，完成了GaN紫外雪崩探测器的低损伤斜台面制作，器件测试结果表明，高质量斜台面能够有效抑制雪崩探测器的表面提前击穿，器件暗电流特性优良，获得了超高雪崩增益的GaN紫外雪崩探测器。

在蓝宝石衬底上采用由低温AlN成核层、中温AlN生长层、温度渐变AlN生长层和高温AlN生长层组成的厚三维生长缓冲层来实现AlN外延层位错密度的减少和应力的释放.用光学显微镜、原子力显微镜(AFM)及X射线衍射仪对样品进行了表征,结果表明所生长外延层表面无裂纹,并显示出清晰的阶梯流表面形貌,其平均粗糙度为0.160nm,KOH腐蚀坑密度为5.8×108cm-2,(0002)和(10-12)回摆曲线FWHM分别为210″和396″.详细论述了AlN外延层的生长模式、位错行为和应力释放途径.

利用现有外延材料生长技术和器件工艺技术, 生长了背照式AlxGa1-xNpin外延材料, 并用生长的材料制作了日盲紫外探测器, 测试结果表明器件在0V偏压下抑制比达到了6400。在此基础上, 较详细地分析了偏置电压、p-AlxGa1-xN载流子浓度和Al组分、极化效应对背照式AlxGa1-xNpin日盲紫外探测器抑制比的影响及非日盲光生载流子的限制机制。分析表明, 提高p-AlxGa1-xN载流子浓度和GaN/AlxGa1-xN异质结极化强度是现有技术条件下提高器件抑制比的有效途径。