针对三维激光雷达的应用场景对雪崩光电二极管(APD)焦平面的性能要求, 研究并制备了一种2×128硅基线性模式APD焦平面组件, 它由硅基APD焦平面阵列、读出电路和制冷封装管壳组成。APD像元采用拉通型结构, 通过大尺寸微透镜实现了高填充因子, 通过隔离环掺杂实现了串扰抑制。通过离子注入工艺实现了击穿电压和响应电流的均匀性。设计大带宽低噪声跨阻放大电路、高精度计时电路, 实现了窄脉宽、高灵敏度探测。采用气密性封装, 实现了APD焦平面制冷一体化封装, 制冷温差在40K以上。测试结果表明, 焦平面的探测阈值光功率可达3.24nW, 响应非均匀性为3.8%, 串扰为0.14%, 最小时间分辨率可达0.25ns, 实现了强度信息与时间信息同时输出的功能。

对p-GaN/Ni/Au欧姆接触特性与Ni金属层厚度之间的相关性进行了对比实验研究, 利用XRD衍射结果与表面金相显微分析手段对Ni/Au双层金属电极在合金退火过程中的行为特性进行了细致探讨。分析结果表明: 在Ni/Au电极结构中, 由双层互扩散机制与NiO氧化反应机理决定, Ni层与Au层之间的厚度比率对p型GaN欧姆接触特性的优劣有重要影响, 在Ni、Au层厚度相当时可获得最佳的p型欧姆接触。

通过在硼扩散后增加一步800℃、5min的氧化工艺, 使得硼扩散过程中产生的硼硅玻璃能够去除干净, 在去除硼硅玻璃后的硅片上生长的氧化层厚度均匀、可控, 有利于提高器件的光响应均匀性。

在简要分析二维位敏探测器工作原理的基础上, 详细介绍了一种大面积枕型二维位敏探测器的结构设计和制作工艺。对器件响应度、暗电流、位置分辨率, 以及位置线性度等性能参数进行了分析。测试结果显示, 器件在峰值波长λp=930nm处的响应度达0.63A/W, 暗电流小于300nA(VR=10V), 位置分辨率小于10μm, 位置非线性度小于5%。

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。

通过在硅PIN结构的基础上进行改进, 采用硅P+PIN结构, 研制出650nm增强型光电探测器。详细介绍了器件结构设计和制作工艺。对器件响应度、暗电流和响应速度等参数进行计算与分析。实验结果表明, 器件响应度达0.448A/W(λ=650nm), 暗电流达到0.1nA(VR=10V), 上升时间达到3.2ns。

采用PIN结构，研制出高阻p型硅大面积四象限探测器。详细介绍了器件结构设计和制作工艺。对器件响应时间、象限串扰、暗电流和响应度等参数进行了计算与分析。实验结果表明，器件响应度达到0.45A/W(λ=1.06μm)，暗电流小于50nA(Vr=135V)，象限间串扰低于2.5%。

采用Ti/Al/Ti/Au多层金属电极对高Al组分nAlxGa1-xN(x=0.6)欧姆接触的制备进行了研究, 通过优化Ti接触层厚度以及合金退火条件, 获得了较低的比接触电阻率(5.67×10-5Ω·cm2)。研究证实, Ti接触层厚度对欧姆接触特性有着重要影响, 同时发现, 高低温两步退火方式之所以能够改善欧姆接触特性的本质是与Al3Ti及TiN各自的生成条件直接相关, 即低温利于生成Al3Ti, 高温利于生成TiN, 而这对n型欧姆接触的有效形成至关重要。