1064nm RCE探测器光电响应特性分析

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1、第26卷第8期半导体学报Vol.26No.82005年8月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSAug.,200531064nmRCE探测器光电响应特性分析彭红玲章昊韩勤杨晓红杜云倪海桥佟存柱牛智川郑厚植吴荣汉(中国科学院半导体研究所,北京100083)摘要:对1064nm谐振腔增强型(RCE)光电探测器(PD)的光电响应特性进行了分析研究.利用MBE生长技术得到有源区分别为量子阱和量子点的1064nmRCE探测器的外延片,并对制作的探测器进行了各种光电特性测试.结果表明量

2、子阱结构的RCE探测器量子效率峰值达到57%,谱线半宽6～7nm,峰值波长1059nm;而量子点结构的RCE探测器量子效率峰值达到30%,谱线半宽5nm,峰值波长1056nm.通过分析量子效率和吸收系数之间的关系,对两种结构器件的吸收进行了比较,发现虽然量子点探测器的吸收小,但通过合理设计共振腔等方法也可以达到较高的量子效率.两种结构的器件都有很好的I2V特性.关键词:谐振腔增强型;光电探测器;量子阱;量子点EEACC:2530C;4100;4150中图分类号:TN215文献标识码:A文章编号:

3、025324177(2005)0821605205[5]113μm的GaInNAs量子阱RCE探测器.本文介1引言绍的是我们研制出的GaAs基1064nm量子阱和量子点RCE探测器,其峰值量子效率分别达到57%谐振腔增强型光电探测器(RCE2PD)是一种新和30%,其中量子点RCE探测器的量子效率是国型探测器,探测效率高,响应速度快,可在无外偏压内同类探测器的最高量子效率,量子阱的量子效率情况下工作,具有波长选择性和空间方向选择性等也达到国内较高水平.目前国外报道的关于优点,特别适用于对波长精度

4、要求极高的光纤通信1064nm波段的RCEpin探测器的峰值量子效率最[1][2]系统.而谐振腔增强型光电探测、调制、滤波器大为65%左右.本文还将对两种结构(QW和QD)件和垂直腔面发射器件有着非常相似的结构,器件的探测器性能进行比较,研究人员可以根据其各自可在同一芯片上功能集成,易于与微电子电路集成特点从中选择合适的器件来满足需要.制作成光电集成模块,是未来发展的趋势.因为Nd∶YAG激光器广泛应用于工业制造、2理论分析医学、近红外喇曼光谱学、远程探测和武器导航等方面,所以对与其相应的106

5、4nm波长探测器的需求分析RCE探测器的工作原理,可以推导出量子[6]也非常迫切.而1064nm波长正好处在常规探测器效率等参数的数值表达式.谐振波长处的量子效-ζαdSi的响应长波长和InGaAs/InP响应的短波长之1+R2e率峰值为:ηp=(1-R1)(1--ζαd2间,因此有必要研制新型的高效、低噪声和高响应速(1-R1R2e)[3]-ζαd度的1064nm探测器.已经有文献报道,研制出了e),这里R1为上DBR反射率;R2为下DBR反量子阱(QW)和量子点(QD)结构的各波长RCE探射

6、率;上下反射镜之间的吸收层厚度为d,吸收系数测器,都可以实现较高量子效率和较低暗电流特为α,ζ为驻波增强因子.[3,4]性.在GaAs衬底上已经制作出工作波长为由于谐振腔的作用,波长选择特性是共振增强3国家自然科学基金(批准号:60376025,60137020),国家高技术研究发展计划(批准号:2002AA312080)和国家重点基础研究发展规划(批准号:TG2000036603)资助项目彭红玲女,1972年出生,博士研究生,目前从事GaAs基材料与器件研究.2004211223收到,2005

7、203231定稿Z2005中国电子学会1606半导体学报第26卷型探测器的固有特性.在不满足谐振条件的波长位器,由于量子点有源层吸收系数很低,共振腔显得非置,腔内光场的幅值将由于前向波与后向波的相消常重要,高Q因子的共振腔还可以得到很窄的峰值干涉而减小,量子效率降低,只在谐振波长附近很窄量子效率线宽.Campbell等人已经研制出量子效率[7]的范围内具有高量子效率,表现出波长选择性.量子为49%,半高宽为112nm的量子点RCE2PD.效率谱的峰值半高宽(FWHM)即体现了探测器光根据以上理论

8、计算和需要,分别设计了量子阱电响应的波长选择性,FWHM=和量子点RCE探测器的器件结构(后面将分别描2-ξαd述).设计的QWRCE2PD量子效率的理论值为λ0(1-R1R2e)4,其中Leff为探测器的等效腔-ζαd/22πngLeffR1R2e9918%,QDRCE2PD的为4417%.长;ng为模式的群折射率;λ0为模式波长.由此,模拟计算了工作在1064nm的RCE探测3实验结果和讨论器量子效率和FWHM随上DBR反射率及吸收的变化曲线,如图1所示.可以看到,随着上DBR反射31110