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Abstract
1 State Key Laboratory of Information Photonics and Optical Communications & School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China
2 Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin 300071, China
3 Tianjin Key Laboratory of Micro-Scale Optical Information Science and Technology, Tianjin 300071, China
-based avalanche photodetectors (APDs) have gained increasing attention because of their excellent photoelectric conversion capability in the UV solar-blind region. Integrating high-quality epitaxial with p-type semiconductor remains an open challenge associated with the integration difficulty on alleviating its defects and dislocations. Herein, we construct an APD consisting of epitaxial /La0.8Ca0.2MnO3 heterostructure. The pn junction APDs exhibit a high responsivity of 568 A/W as well as an enhanced avalanche gain of up to at a reverse bias voltage of 37.9 V. The integration capability demonstrated in this work provides exciting opportunities for further development of high-performance -based electronics and optoelectronics.
avalanche photodetector Ga2O3 solar-blind pn junction Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051604
针对硅基单端推挽驱动调制器的脊波导pn结部分结电容较大, 限制了调制器带宽进一步提高的问题, 提出了一种狭缝脊波导pn结结构。通过将脊波导pn结蚀刻一定尺寸的狭缝, 降低了pn结电容, 实现了带宽的提升。对两种pn结进行了仿真对比, 结果表明, 在相同电极结构与掺杂条件下, 狭缝脊波导调制器比脊波导调制器的电光带宽提升了约8.3GHz。基于优化的单端推挽驱动狭缝脊波导调制器, 仿真实现了90Gbit/s的OOK信号调制, 眼图消光比为14.69dB。
硅光子 电光调制器 行波电极 马赫-曾德尔干涉仪 pn结 silicon photonics electro-optic modulator traveling-wave electrode Mach-Zehnder interferometer pn junction
江南大学电子工程系, 物联网技术应用教育部工程研究中心, 无锡 214122
近年来基于二维半导体过渡金属硫族化合物如MoS2的光电晶体管被广泛研究。虽然基于单层MoS2的光电探测器表现出较高的响应度, 但是其较低的载流子迁移率也限制了响应时间, 约在秒量级。二维半导体的相互堆垛可以形成具有低缺陷态且空间均匀的范德华异质结构, 是提高二维光电探测器性能的有效途径。基于此本文通过机械剥离转移法构筑MoS2/WSe2垂直pn异质结, 其较强的空间电荷区能有效地分离光生载流子, 所以在自驱动状态下仍具有较好的光电探测能力, 光响应度和探测率分别达到2.12×103 A/W和2.33×1011 Jones, 同时极大地缩短了响应时间, 响应时间达到40 ms。这种二维异质结器件制备方法简易, 性能优异, 在光电子领域具有广阔的应用前景。
pn结 机械剥离转移法 二维范德华异质结构 光电探测器 过渡金属硫族化合物 MoS2/WSe2 MoS2/WSe2 pn junction mechanical stripping transfer method two dimensional van der Waals heterostructure photodetector transition metal di-chalcogenide
1 陆军装备部驻天津地区航空军事代表室, 天津
2 航空工业万里航空机电有限责任公司, 兰州
基于光电二极管的光致发电和电致发光特性可以实现光电—电光转换特性。因此, 近年来各类半导体光电材料制成的太阳能电池(solarcell)和发光二极管(light-emitting diodes)吸引了人们的极大兴趣。然而现阶段的光电转换器件要求同时兼具低制造成本, 高光伏表现和节能环保的特性。迫使科研人员寻找一种新的光伏材料满足上述要求。以甲基胺碘化铅(MAPbI3)为代表的金属卤化物钙钛矿(Perovskite)材料因具有生长工艺简单、光谱吸收范围宽和缺陷容忍度高等优点, 是作为新型光电器件的理想材料。文中将对该种材料在两种光电器件中实现光电—电光转换的工作原理进行分析。
钙钛矿 PN结二极管 光电转换 Perovskite PN junction diode photoelectric conversion
1 河南省计量科学研究院, 郑州 450018
2 郑州大学 力学与安全工程学院, 郑州 450001
热感应产生的极化电势可以改变压电半导体结构内的力电物理量, 这在人工智能、微机电系统(MEMS)中极具应用价值。文章针对温度梯度作用下的氮化镓(GaN)压电pn结, 采用二维压电半导体多场耦合方程和精确的热电物理边界条件, 数值分析了温度梯度改变对GaN热压电pn结内极化强度、电势、电场、载流子分布及电流等物理场的影响。结果表明: 由于温度梯度场和极化电荷之间存在耦合, 热压电pn结电学性能对温度梯度高度敏感, 由温度改变产生的热感应极化电荷可以有效调节该结构的开启电压和载流子传输特性, 这为操控与温度相关的智能异质结器件电流传输提供了新的方法和理论指导。
温度梯度 热压电pn结 压电半导体 电性能 多场耦合模拟 temperature gradient thermal-piezoelectric pn junction piezoelectric semiconductor electrical properties multi-field coupling simulation
重庆邮电大学 光电工程学院/国际半导体学院 微电子系, 重庆 400065
采用标准的0.18μm CMOS工艺, 设计了一种新型的应用于可见光通信系统的雪崩光电二极管(APD)。相较于传统的CMOS APD, 该器件在深n阱/p衬底的结构基础上增加一层p阱, 再在其上分别离子注入一层n+/p+层作为器件的雪崩击穿层, 并且采用STI结构来防止器件边缘过早击穿。仿真结果表明, 器件的雪崩击穿电压为9.9V, 暗电流为1×10-12A, 3dB带宽为5.9GHz, 响应度为1.2A/W。由于STI保护环和短接深n阱/p衬底的结构设计, 器件暗电流较传统结构CMOS APD降低了2个量级, 且带宽提高了约10%。
雪崩光电二极管 可见光通信 pn结 STI保护环 带宽 响应度 avalanche photodiodes visible light communication CMOS CMOS pn junction STI guard ring bandwidth responsivity
1 中国电子科技集团公司第二十四研究所, 重庆 400060
2 电子科技大学 电子薄膜与集成器件国家重点实验室, 成都 610054
基于硅基光源且与CMOS工艺兼容的全硅光电生物传感器, 其光源低发光效率导致检测低灵敏度, 尚不能大规模应用。对此, 文中研究了多晶硅PN结级联光源及新型全硅光电生物传感器, 包括PN结级联的多晶硅光源的发光机制、波导传输机理、波导生物检测技术。研制的多晶硅PN结级联光源发光效率高达4.3×10-6, 可与波导高效耦合。仿真表明, 波导检测区域介质折射率在1.33~1.73之间变化时, 介质折射率增加使得光能量更少回到波导内芯, 波导内芯传输光强随介质折射率增加而下降, 通过光强变化实现介质折射率传感。
全硅光电生物传感器 CMOS工艺 发光效率 光源-波导耦合 PN结级联光源 all-silicon photoelectric biosensor complementary metal oxide semiconductor (CMOS) pro luminous efficiency light source waveguide coupling PN junction cascade light source、
1 华南理工大学 广州学院 电子信息工程学院, 广东 广州 510800
2 中山大学 电子信息与工程学院, 广东 广州 510275
在可见光无线通信中, 用于照明的LED光源的调制带宽很低, 只有几MHz, 限制了基于LED光源的可见光通信的信息传输容量和速度。为构建高带宽LED, 研究影响LED调制带宽的因素和机制。设计3组PN结面积分别为200 μm×800 μm, 300 μm×900 μm和300 μm×1 200 μm的LED芯片并倒装封装成LED器件, 测试这3组器件的光电特性和调制带宽, 并比较3组样品的电容曲线, 分析调制带宽的主要影响因素之一——电容对LED器件的影响机制。实验结果表明: PN结面积为200 μm×800 μm的LED器件具有最小电容, 且具有最高的49.9 MHz的-3 dB调制带宽。由于封装、测试电路等引起寄生电容对LED器件调制带宽有重要影响, 通过优化器件倒装结构、LED驱动电路等方法可以大幅度减少测试系统的寄生电容, 提高LED器件的调制带宽。
可见光通信 发光二极管 PN 结面积 电容 -3 dB调制带宽 visible light communication light emitting diode PN junction area capacitance -3 dB modulation bandwidth
1 中国科学院上海技术物理研究所红外成像材料与器件重点实验室，上海 200083
2 中国科学院大学，北京 100049
3 上海科技大学信息科学与技术学院，上海 210210
报道了液氮温度下对 HgCdTe器件进行电容测试的方法。标定了仪器寄生电容以及杜瓦寄生电容，并利用该测试结果计算得到 PN结区附近的载流子浓度和相应的深度等数据。对比了碲镉汞常规 PN结器件与雪崩光电二极管（APD）器件的耗尽层宽度以及 N区载流子浓度。
电容 载流子浓度 缓变 PN结 HgCdTe HgCdTe capacitance carrier concentration grading PN Junction
1 华南师范大学 华南先进光电子研究院, 广东 广州 510006
2 广东技术师范学院 电子与信息工程学院, 广东 广州 510665
3 华南师范大学 物理与电信工程学院, 广东 广州 510006
采用C-V法, 根据C-2-V曲线和C-3-V曲线, 并结合C-V幂律指数k, 分析了T=25~-195 ℃温度范围内, 温度变化对GaN基蓝光发光二极管pn结类型的影响。实验结果表明: 当T为25 ℃和-50 ℃时, C-2-V呈明显的线性关系, 同时幂律指数k为0.5, 说明该温度范围内的pn结类型为严格的突变结; 而温度降低至-100 ℃时, k值变为0.45, 说明pn结类型开始发生变化; 当温度继续降低至-150 ℃和-195 ℃时, 幂律指数k分别为0.30和0.28, 说明pn结类型已经发生了变化, 变为非突变非缓变结。造成这一现象的原因是低温导致的载流子冻析效应, 以及晶体的缺陷和界面态形成的局域空间电荷区在低温环境下, 影响了pn结原来的空间电荷分布, 并改变了pn结类型。
GaN基蓝光二极管 pn结特性 电容-电压法 幂律关系 GaN-based blue light emitting diodes pn junction C-V measurement power-law
