InP基InGaAs/InP雪崩光电二极管（APD）对近红外光具有高敏感度，使其成为微弱信号和单光子探测的理想光电器件。然而随着先进器件结构越来越复杂，厚度尺寸从量子点到几微米不等，性能越来越受材料中晶格缺陷的影响和工艺条件的制约。采用固态源分子束外延（MBE）技术分别在As和P气氛保护下对InP衬底进行脱氧处理并外延生长晶格匹配的In0.53Ga0.47As薄膜和APD结构材料。实验结果表明，As脱氧在MBE材料质量方面比P脱氧具有明显的优势，可获得陡直明锐的异质结界面，降低载流子浓度，提高霍尔迁移率，延长少子寿命，并抑制器件中点缺陷或杂质缺陷引起的暗电流。因此，As脱氧可以有效提高MBE材料的质量，这项工作优化了InP衬底InGaAs/InP外延生长参数和器件制造条件。

辐射标定因子作为半导体激光器的重要物理参数，在揭示器件性能方面一直扮演着重要角色。本文提出了一种测量辐射标定因子的实验方法，利用这一方法开展了对980 nm InGaAs/GaAs量子阱结构的辐射特性研究。该方法通过收集InGaAs/GaAs边发射结构两侧辐射的光致发光（PL）光谱，利用构建的理论公式，获得了该结构在不同注入载流子浓度下的辐射标定因子，均值波动范围约为7.16×10¹⁰ ~ 3.36×10¹¹ W^-1·eV^-1·s^-1。最后利用固体模型理论和载流子填充规律对该结果进行了分析，揭示了该结构在不同热平衡状态下的非平衡载流子能带填充水平，以及电子和空穴准费米能级的变化规律。该项研究提出了一种测量辐射标定因子的新方法，在揭示发光材料辐射机制和推动激光器发展方面具有较重要研究价值。

红外焦平面探测器正朝着更大规模、高帧频、高集成度的方向发展。在高速目标跟踪探测、感兴趣区域成像等应用场景，需要解决高速读出时面临的功耗较高的难点。文中提出了一种数字IC的可编程开窗IP核设计，并通过采用列级分时选通技术，实现对640×512读出电路列模块的超低功耗优化。像素单元电路包含CTIA输入级、双采样保持结构和跟随输出，折衷优化了面积、噪声和增益等因素。相较于传统用门级电路定制设计实现的开窗方式，可编程开窗数字IP核对于不同面阵规格具有良好的可扩展性，并且可以借助后端软件综合优化版图布局，从而缩短设计周期。实际研制中采用0.18 µm 标准CMOS工艺完成了中心距15 µm的640×512读出电路设计及流片验证，并与640×512元短波红外InGaAs探测器芯片进行了耦合测试，结果表明分时选通技术有效降低了列级电路功耗，电路读出总功耗小于80 mW，列级功耗仅为15 mW，读出速率达到15 MHz，可编程开窗IP核功能正常，可以实现指定区域的开窗功能。

InGaAs/AlGaAs多量子阱（MQWs）作为一种常见的Ⅲ?Ⅴ族外延材料，通常应用于半导体激光器和太阳能电池等领域。然而，由于量子阱的势阱层和势垒层生长温度不同，铟原子的偏析和多量子阱生长质量较差等问题尚未得到很好的解决。本文设计了一种砷化镓（GaAs）材料作为插入层（ISL），并用于InGaAs/AlGaAs MQWs的结构。PL、XRD、AFM测试表明，GaAs插入层保证了MQWs结构中更多的辐射复合，阻止了铟原子的偏析。但GaAs插入层的引入也会产生“局域态”，影响量子阱的发光性质。本研究可以加深对InGaAs/AlGaAs多量子阱辐射复合机制的理解，并且对引入GaAs插入层的InGaAs/AlGaAs多量子阱发光性质的研究具有重要意义。

Miniaturized light sources at telecommunication wavelengths are essential components for on-chip optical communication systems. Here, we report the growth and fabrication of highly uniform p-i-n core-shell InGaAs/InP single quantum well (QW) nanowire array light emitting diodes (LEDs) with multi-wavelength and high-speed operations. Two-dimensional cathodoluminescence mapping reveals that axial and radial QWs in the nanowire structure contribute to strong emission at the wavelength of ~1.35 and ~1.55 μm, respectively, ideal for low-loss optical communications. As a result of simultaneous contributions from both axial and radial QWs, broadband electroluminescence emission with a linewidth of 286 nm is achieved with a peak power of ~17 μW. A large spectral blueshift is observed with the increase of applied bias, which is ascribed to the band-filling effect based on device simulation, and enables voltage tunable multi-wavelength operation at the telecommunication wavelength range. Multi-wavelength operation is also achieved by fabricating nanowire array LEDs with different pitch sizes on the same substrate, leading to QW formation with different emission wavelengths. Furthermore, high-speed GHz-level modulation and small pixel size LED are demonstrated, showing the promise for ultrafast operation and ultracompact integration. The voltage and pitch size controlled multi-wavelength high-speed nanowire array LED presents a compact and efficient scheme for developing high-performance nanoscale light sources for future optical communication applications.

系统研究了快速热退火对锌扩散的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器的影响。利用电化学电容电压和二次离子质谱技术分析了退火前后Zn和净受主的浓度分布，结果表明退火过程会影响杂质浓度，但不影响扩散深度。制备了不同退火条件的In_0.53Ga_0.47As/InP PIN探测器。器件测试反映，未退火的探测器在260~300K具有更低的器件电容和更高的激活能。通过暗电流成分拟合对器件暗电流机制进行分析，未退火器件表现出更低的肖克利-里德-霍尔产生复合电流和扩散电流，因而室温下未退火器件具有更高的峰值探测率。为了制备高性能低掺杂吸收层结构的平面型InGaAs探测器，快速热退火是不必要的工艺。