近日，信息學(xué)院后摩爾器件與集成系統(tǒng)中心陳佰樂(lè)團(tuán)隊(duì)首次利用單個(gè)光電探測(cè)器，在室溫下實(shí)現(xiàn)了從紫外、可見(jiàn)光、近紅外到延長(zhǎng)短波紅外的超寬光譜響應(yīng)。相關(guān)成果在半導(dǎo)體器件領(lǐng)域國(guó)際期刊IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS發(fā)表。
由于不同氣體具有不同吸收特征峰，從紫外到紅外的全光譜探測(cè)有助于實(shí)現(xiàn)多種氣體的檢測(cè)。目前全光譜探測(cè)技術(shù)通常利用多個(gè)分立的不同波段探測(cè)器，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)高性能超寬光譜光電探測(cè)器將極大地簡(jiǎn)化探測(cè)系統(tǒng)。目前報(bào)導(dǎo)的寬光譜探測(cè)器往往性能較差、暗電流高、響應(yīng)光譜鮮有跨越多個(gè)波段。
為了實(shí)現(xiàn)具有更寬的光譜響應(yīng)、更低暗電流、可室溫工作的全光譜探測(cè)器，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)探索，成功實(shí)現(xiàn)InP基InGaAs和InGaAs/GaAsSb二類超晶格材料寬光譜探測(cè)器新方案，器件的探測(cè)波段在長(zhǎng)波方向可到延長(zhǎng)短波紅外。此外，還在50nm厚度的P區(qū)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了AlAsSb電子阻擋層和InAlAs過(guò)渡層，將光電探測(cè)器的探測(cè)波段短波方向延伸至紫外波長(zhǎng)。
圖1.(a) 器件剖面結(jié)構(gòu)與外延結(jié)構(gòu)示意圖 (b)器件能帶結(jié)構(gòu)圖
實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果表明，該器件在室溫可實(shí)現(xiàn)從250納米至2.5微米的探測(cè)范圍，最高探測(cè)率達(dá)到6.45×1010 cm·Hz1/2/W。與目前報(bào)道的其他探測(cè)器相比，該光電探測(cè)器具有更大的光譜響應(yīng)范圍，在全光譜檢查等相關(guān)領(lǐng)域具有較大應(yīng)用潛力。
圖2. 本項(xiàng)工作器件的光譜探測(cè)范圍與硅、InGaAs、鍺、高銦組分銦鎵砷探測(cè)器探測(cè)范圍對(duì)比示意圖
該研究成果論文題為“InP-based Broadband Photodetectors With InGaAs/GaAsSb Type-II Superlattice”，由上海科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所合作完成，上海科技大學(xué)為第一完成單位，信息學(xué)院2020級(jí)碩士生王景熠為論文第一作者，陳佰樂(lè)教授為通訊作者，器件加工在上海科技大學(xué)量子器件中心完成。
