GaN多量子阱悬空波导探测器的设计与表征

GaN多量子阱悬空波导探测器的设计与表征光电探测器作为现代光通信系统中的关键器件,在推动社会信息化快速发展上发挥着至关重要的作用。尤其是光电探测器与不同结构波导的集成,进一步促进了探测器在不同领域的应用。

具有高响应速率、高可靠性、制作工艺简单等优点的波导探测器,将是未来光通信器件的发展方向。本文对悬空波导结构以及探测器制备工艺进行了研究,成功实现了GaN多量子阱悬空波导探测器在Si衬底GaN基晶元上的单片集成。

主要工作和成果如下:提出了一种GaN悬空结构波导,并使用FDTD数值分析法对波导的光耦合属性进行了仿真分析。GaN材料与空气的高折射率差,使悬空结构波导具有强光场限制功能。

研究紫外光刻、深硅刻蚀和背后减薄刻蚀、电子束蒸镀等主要工艺,实现了p-n结GaN多量子阱悬空波导探测器的集成制备。采用深硅刻蚀和背后减薄刻蚀双面工艺实现了悬空结构波导。

之后,使用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等设备对器件的结构、电极区域和薄膜表面粗糙度进行了测试和分析。搭建了GaN多量子阱悬空波导探测器主要特性参数测量系统。

对器件主要特性参数进行了测量并对结果进行了分析。器件具有发光和探测双重模式。

器件能达到的最高光谱响应度分别是在0 V偏压和435 nm入射光波长下大约为7.58 mAW-1,在3 V偏压和401 nm入射光波长下大约为140 mAW-1。此外,器件的金属电极可用作反光镜将部分入射光返回再吸收,进一步提高器件光电流响应。