1 中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100086
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院, 北京 100049
单光子雪崩光电探测器(SPAD)具有雪崩增益大、响应速度快、探测效率高、易于集成的特点。SPAD阵列器件可进行弱光三维成像,在生物化学、量子通信、激光雷达等领域具有重要应用。因此开展SPAD器件及阵列探测技术的研究具有非常重要的意义。给出了近红外InGaAs/InP SPAD单元工作原理和阵列结构性能,对暗计数率、探测效率、后脉冲等主要影响因素和器件优化方向进行总结,概述了近年来SPAD阵列器件的主要技术方案,给出了串扰来源和消除方法,并对相关研究单位的技术与结果进行对比。
探测器 雪崩光电二极管 阵列 红外波段 三维成像 激光与光电子学进展
2019, 56(22): 220001
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
2 School of Electronic, Electrical and Communication Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
We use the selective area growth (SAG) technique to monolithically integrate InP-based 4-channel arrayed waveguide gratings (AWGs) with uni-traveling carrier photodiode arrays at the O-band. Two kinds of channel spacing demultiplexers of 20 nm and 800 GHz are adopted for potential 100 Gbps coarse wavelength division multiplexing and local area network wavelength division multiplexing systems, with an evanescent coupling plan to facilitate the SAG technique into device fabrication. The monolithic chips in both channel spacings exhibit uniform bandwidths over 25 GHz and a photodiode responsivity of 0.81 A/W for each channel, in agreement with the simulated quantum efficiency of 80%. Cross talk levels are below 20 dB for both channel spacing chips.
230.3120 Integrated optics devices 230.5170 Photodiodes Chinese Optics Letters
2017, 15(8): 082301
中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
纳米级自开关二极管是一种通过破坏器件表面对称性来实现整流特性的纳米级新型晶体管。首先通过建立In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As纳米级自开关二极管的二维器件模型, 采用蒙特卡罗方法, 模拟了自开关器件的电子输运特性, 根据该器件模型研究了在不同几何结构参数条件下的自开关器件的电学特性, 并对影响器件电学特性的结构参数进行了仿真分析。结果表明, 器件的I-V特性强烈地受到导电沟道宽度、沟槽宽度、沟道长度和表面态密度的影响, 通过优化器件的结构参数可使器件获得更优越的整流特性。
纳米级自开关器件 蒙特卡罗 结构参数 整流特性 nanoscale self-switching diode (NSSD) Monte Carlo geometry parameter I-V characteristic
中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083
成熟的CMOS 技术可制备无源光学器件，但高效光源和高性能光探测仍需要III~V 族半导体材料。综述了近期III~V 族外延片与SOI(silicon-on-insulator)波导集成的键合技术，按键合材料的不同分为无机和有机材料键合。着重分析了各种InGaAs/InP 光电探测器与SOI 波导集成的光耦合方案，并对其优缺点进行对比。同时给出设计的一种倏逝波耦合的InGaAs/InP 光电探测器，用时域有限差分（FDTD）法对器件光学特性进行了模拟，以SOI 上有机键合的方式，获得95%的探测器吸收效率，表明该SOI 波导集成的光电探测器可实现小体积、低损耗及高响应度的光探测，符合片上光互连系统的要求。
探测器 InGaAs/InP 光电探测器 SOI（silicon-on-insulator）波导 键合技术 倏逝波耦合 激光与光电子学进展
2014, 51(11): 110003
中国科学院半导体研究所 集成光电子国家重点实验室, 北京100083
量子点单光子探测器具有可保持测试信号完整性、理论量子效率高、工作电压低等优点,同时具有室温单光子探测的潜力, 最近得到了广泛的研究。文章介绍了基于三种不同形式量子点的单光子探测器, 讨论了它们的工作原理, 对比了各自的性能和参数, 总结了各种器件的特点, 说明了自组织量子点单光子探测的优越性能。
单光子探测器 量子点 量子效率 single-photon detector QD quantum efficiency
江苏大学机械工程学院, 江苏省光子制造科学与技术重点实验室, 江苏 镇江 212013
由于目前的微塑性成形技术存在尺寸效应、成形不均匀、加工效率低、成本高、污染环境等问题，讨论并研究了一种新的微成形方法激光层裂微成形技术。建立了理论模型分析研究在激光驱动飞片加载下薄膜与基体层裂及薄膜微成形的影响因素，设计并完成了实验，考察了激光能量、薄膜厚度及薄膜种类对激光层裂微成形的影响。研究发现，该技术可以实现薄膜微成形，激光能量大小及薄膜的种类是影响薄膜与基体层裂的关键因素，一定范围内薄膜厚度对薄膜成形影响较小，但是超出其范围对薄膜成形将有重要影响作用。因此，激光层裂微成形是具有应用前景的可控制与可操作的薄膜微成形技术。
激光技术 薄膜 微成形 激光驱动飞片 层裂 激光与光电子学进展
2013, 50(4): 041403
江苏大学 机械工程学院 江苏省光子制造科学与技术重点实验室,镇江 212013
为了满足微成形技术产业化的需求,讨论了一种新的微成形方法——激光驱动飞片加载基体/金属薄膜层裂微成形技术，结合激光辐照效应及波的反射规律阐述了层裂微成形原理；优化了基体/金属薄膜层裂工艺，并且根据能量守恒原理，估算了层裂片的应变率和激光诱导冲击波的峰值压力。结果表明，随着脉冲能量的逐渐增大，工件层裂现象不断明显，直到金属薄膜上最后出现与模板微结构相同的特征结构，但基体始终保持完好，未出现裂纹或变形。通过激光驱动飞片加载基体/金属薄膜实现层裂微成形是可行的。
薄膜 微成形 激光驱动飞片 层裂 thin film micro-forming laser driven flyer spallation
中国科学院半导体研究所 光电子研发中心,北京 100083
雪崩光电二极管（APD）作为一种具有内部增益的光电探测器，被广泛地应用于光纤通信领域，其中平面型APD具有暗电流低、可靠性高等优点而被大量研究。但是平面型APD边缘处由于高电场易被提前击穿，影响器件性能。文章对抑制平面型APD边缘击穿的不同方法进行了综述，指出它们的结构差别，并重点介绍保护环法的原理及保护环各个参数的优化。
雪崩光电二极管 边缘击穿 保护环 参数优化 APD edge breakdown guard ring parameter optimization
中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室， 北京 100083
报道了一种垂直入射的InP基InGaAs pin光电探测器，介绍了它的制备和测试方法并对器件所展示出的高效，高速，高线性度特性进行了分析。器件的暗电流密度在0和-5 V偏压时分别为1.37×10-5A/cm2和93×10-5 A/cm2；在1.55 μm波长，-3 V偏压下，器件的线性光响应高达28 mW，相应的最大线性电流为17 mA，响应度达到0.61 A/W(无减反射膜)；在-5 V偏压下，器件获得高达17.5 GHz的3 dB带宽。
光学器件 pin探测器 高速 高效 激光与光电子学进展
2012, 49(2): 022301
中国科学院半导体研究所 集成光电子国家重点实验室，北京 100083
通过测量1.55 μm量子阱共振腔增强型光电探测器的光电流随反向电压和光功率的变化关系，以及模拟能带结构、电场分布等特性，研究了量子阱共振腔增强型光电探测器的高功率特性.分析了光电流的产生机制，测量了1.064 μm量子阱共振腔增强型光电探测器的光电响应，模拟了具有不同势垒高度的量子阱共振腔增强型光电探测器的光电响应.从实验和模拟两方面证明了量子阱的势垒高度是影响量子阱共振腔增强型光电探测器高功率特性的最主要因素.
共振腔增强型光电探测器 高功率 复合 势垒高度 Resonant-cavity-enhanced photodetector High-power Recombination Barrier height
