1 北京工业大学 材料与制造学部，北京 100124
2 北京邮电大学 电子工程学院，北京 100876
混合结构的石墨烯/半导体光电晶体管因其超高的响应度而备受关注。然而，该类光电晶体管通过源-漏电极测试得到的比探测率(D*)容易受到1/f噪声的限制。本文制备了混合结构的石墨烯/GaAs光电探测器，通过源-栅电极测得D*大约为1.82×1011 Jones，与通过源-漏电极测量相比，D*提高了约500倍。这可归因于界面上肖特基势垒对载流子俘获和释放过程的屏蔽作用。此外，探测器的上升时间和下降时间分别是4 ms和37 ms，响应速度相应地提高了2个数量级。该工作为制备高比探测率和高速的光电探测器提供了一种新的思路。
石墨烯 光二极管 比探测率 响应速度 graphene photodiode specific detectivity response speed 红外与激光工程
2021, 50(1): 20211004
自1962年第一只半导体激光器成功问世以来，这种尺寸仅为毫米量级的芯片已经广泛应用于光纤通信、激光存储、激光制造、激光成像、激光打印、激光**等现代科学技术的各个方向，成为现代工业的变革性力量，是各国高科技领域竞争的制高点，是“新型基础设施建设”中的核心。在国家多个科技计划支持下，我国科研人员先后实现了波长覆盖600~1550 nm的GaAs和InP半导体激光器产业化，且随着宽禁带GaN材料外延技术的不断进步，又先后实现了蓝光和绿光波段激光器的室温激射，并正向紫外方向拓展。在长波方向，基于能带剪裁的量子级联激光器已经覆盖了3~25 μm和太赫兹波段，锑化物激光器在2~4 μm波段实现商用。Si基或Si上半导体激光器则有望成为高速低功耗片上光互连的光源。近年来，垂直腔面发射激光器在数据中心、人脸识别等新兴方向的广泛应用，带动了国内半导体光电器件的新一轮研发和产业发展热潮。相信在科技和产业的相互推动下，半导体激光器的性能还将不断提高，并在5G、人工智能等新兴高科技领域中发挥更加重要的作用。
1 北京邮电大学 电子工程学院, 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
2 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
垂直腔面发射激光器因其具有低阈值、低功耗、可实现高速调制等优势, 广泛地应用于光通信和光互连等领域。寄生电容是影响激光器的调制带宽的主要因素之一。本文通过采用低k值的苯并环丁烯（BCB)平整技术有效地降低了垂直腔面发射激光器的寄生电容。详细研究了BCB平整技术的最优工艺参数, 为未来高速垂直腔面发射激光器的制造技术提供参考。低k值BCB平整垂直腔面发射激光器在7 μm氧化孔径下3 dB小信号调制带宽可达152 GHz。
垂直腔面发射激光器 高速调制 苯并环丁烯平整技术 vertical-cavity surface-emitting laser high-speed modulation benzocyclobutene(BCB) planarization technique
1 北京邮电大学 电子工程学院, 北京 100876
2 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
垂直腔面发射激光器(VCSEL)以其低功耗、低阈值电流、高调制速率和易制作二维阵列器件等特点, 广泛应用于短距离光互连领域。湿法腐蚀和干法刻蚀作为高速VCSEL台面结构制备的两种工艺, 影响VCSEL氧化层的大小。文章研究了氧化层面积对寄生电容的影响, 并计算得到7 μm氧化孔径下采用干法刻蚀工艺的垂直腔面发射激光器, 相比较湿法腐蚀工艺, 氧化层电容由902.23 fF减小至581.32 fF, 谐振腔电容由320.72 fF减小至206.65 fF。通过对采用湿法腐蚀和干法刻蚀工艺制备的GaAs量子阱结构高速VCSEL进行小信号调制响应测试, 结果表明, 7 μm氧化孔径下干法刻蚀VCSEL小信号调制带宽提高至16.1 GHz。
垂直腔面发射激光器 高速调制 湿法腐蚀 干法刻蚀 vertical-cavity surface-emitting laser high-speed modulation wet etching dry etching
1 北京工业大学 信息学部, 北京 100124
2 北京邮电大学 电子工程学院 信息光子学与光通信国家重点实验室, 北京 100876
对Si基PIN光电探测器的电场隔离结构进行了研究, 讨论了电场隔离结构的作用以及其与暗电流的关系, 并进行了仿真模拟与测试分析。电场隔离结构主要将有源区和边缘隔离从而降低暗电流, 结合仿真模拟结果和实验测试结果, 分析得到电场隔离结构主要降低与周长有关的暗电流, 对于小尺寸器件作用更明显。
Si基光电探测器 电场隔离结构 暗电流 Si photodetector isolation ring leakage current
Author Affiliations
Abstract
1 Photonic Device Research Laboratory, College of Electronic Information and Control Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China
2 College of Physics and Electronic Information, Gannan Normal University, Ganzhou 341000, China
Two-dimensional apodized grating couplers are proposed with grating grooves realized by a series of nano-rectangles, with the feasibility of digital tailoring the equivalent refractive index of each groove in order to obtain the Gaussian output diffractive mode in order to enhance the coupling efficiency to the optical fiber. According to the requirement of leakage factor distribution for a Gaussian output profile, the corresponding effective refractive index of the grating groove, duty cycle, and period are designed according to the equivalent medium theory. The peak coupling efficiency of 93.1% at 1550 nm and 3 dB bandwidth of 82 nm are achieved.
050.2770 Gratings 050.6624 Subwavelength structures 050.2065 Effective medium theory Chinese Optics Letters
2015, 13(5): 050501
北京工业大学 电子信息与控制工程学院, 北京 100124
通过对AlGaInP LED器件进行电流分布模拟, 得出电流扩展长度与注入电流和电流扩展层方块电阻之间的变化关系。实验制备出带有Au纳米颗粒的碳纳米管(Au-CNT)作为电流扩展层的LED器件, 20mA电流下, 测得其光功率比无扩展层器件提升了33%。模拟结果与实验结果具有较好的一致性, 说明带有Au纳米颗粒的碳纳米管透明导电层可以起到增强电流扩展作用, 有效提高器件光功率。
Au纳米颗粒 碳纳米管 电流扩展 Au nanoparticles CNT LED LED current spreading
北京工业大学 电子信息与控制工程学院 新型光子器件实验室, 北京 100124
硅基雪崩光电探测器的器件性能与倍增层的掺杂浓度有着密切联系。研究了硅基雪崩光电探测器倍增层的掺杂浓度对雪崩击穿电压和光谱响应度等特性的影响。在硼的注入剂量由5.0×1012cm-2减小为2.5×1012cm-2时, 倍增层内电场强度逐渐降低, 吸收区电场强度迅速增大, 器件的雪崩击穿电压由16.3V迅速上升到203V, 而光谱响应在95%的击穿电压下, 峰值响应波长由480nm红移至800nm, 对应的响应度由11.2A/W剧增到372.3A/W。综合考虑光谱响应和雪崩击穿电压的影响, 在硼注入剂量为3.5×1012cm-2时, 可获得击穿电压为43.5V和响应度为342.5A/W的器件模型, 对实际器件的制备具有一定参考价值。
拉通 雪崩击穿电压 光谱响应 Si APD silicon avalanche photodiode reach through breakdown voltage spectral response
1 北京工业大学电子信息与控制工程学院光子器件研究实验室, 北京 100124
2 赣南师范学院物理与电子信息学院, 江西 赣州 341000
利用不同占空比的亚波长结构剪裁光栅槽的等效折射率来改变光栅的衍射特性实现衍射输出光束与单模光纤之间的模式匹配，通过优化埋氧化层厚度和集成底部金反射镜，可以改善光栅耦合器弱的方向性，从而设计出用于SOI波导与光纤之间高效率耦合的光栅耦合器。采用本征模展开方法，模拟了光栅耦合器随剪裁的光栅槽等效折射率变化的相关特性，在SOI波导和单模光纤之间对波长为1550 nm的光获得了最高93.1%的耦合效率，3dB带宽为82 nm。
光栅 等效折射率 光栅耦合器 耦合效率 模式匹配 光学学报
2014, 34(11): 1105001
