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技术 | Technology –  光电子




                   超越近红外的 III- 氮化物



                       微人们正在进行重要的研究来探索 III 族氮化物材料超
                   越近红外的应用。通过利用子带间电子跃迁而不是带间跃
                   迁，可以探测超过 1.6μm 的光。在（001）硅上外延生长的
                   In 0.34 Ga 0.66 N/GaN 异质结构纳米线阵列中已经观察到了子带间
                   跃迁。
                       由于外延期间纳米线中的应变弛豫，InGaN 盘中的极化
                   电场弱于 GaN 中等效量子阱的极化电场。因此，有源区中
                   的能带弯曲较弱，形成了更多数量的电子和空穴束缚态。在
                   吸收 3-20μm 光谱范围内的红外光期间，电子子带间跃迁会
                   在这些束缚电子和空穴状态之间发生。NASA 喷气推进实
                   验室的 Alexander Soibel 和 Sarath Gunapala 实现了纳米线中
                   In 0.34 Ga 0.66 N/GaN 盘阵列的吸收峰测量（见图）。              统的红外探测器是将基于化合物半导体的探测器阵列和硅读
                       红外吸收具有广泛的应用领域，包括化学光谱，地面和                      出集成电路通过铟凸点键合在一起。由于纳米线阵列红外探
                   地外通信。这些应用可以成为基于纳米线技术探测器的目标，                       测器在硅上外延生长，因此可以避免这种昂贵的技术。此外
                   这种纳米线技术与传统的红外探测器相比有明显的优势，传                        还有室温工作的前景！


                 激光器制造和光电二极管制造之间的唯一区别                        离子束刻蚀定义出空气 / 半导体（纳米线 - 聚对
                 是激光器腔面上的反射镜替代为 SiO 2 制做的减                   二甲苯）的 DBR 反射镜。只需要四个周期的这
                 反射介电膜层。                                     种 DBR 就可以成功地为激光器工作和波导耦合
                     我们的光电二极管通常为 50μm 宽，1mm 长，               提供足够的反射率。
                 已在反向偏压下进行了表征。暗电流是几十纳安。                          为了测试完整的光学链路（参见图 4 中的扫
                 同时，1.3μm 时响应度为 1.3A/W，这是根据使用                描电子显微图像），我们逐渐增加激光器的偏压，
                 来自宽带光源光谱的过滤光，通过单色器引导并                       同时测量了探测器的光电流。正如我们所希望的
                 通过聚焦在光电二极管某个腔面上光纤收集所获                       那样，光电流行为与激光器的光输出 - 电流特性
                 得的测量结果（参见图 4）。                              相同，证实来自激光器的光通过波导耦合到了探
                     制造了这些器件之后，我们已经实现并测试                     测器。对于约为 2μA 的最大测量光电流，光电二
                 了包括激光器，光电二极管和波导所组成的整个                       极管的输入功率估计为 20μW。
                 光子集成电路。对于后来制备的组件，我们已转                           我们的结果表明，通过外延生长 1.3μm 激光
                 向了 InN/InGaN/GaN 异质结构纳米线中圆盘的                器，光电探测器和波导的单片集成，光学通信链
                 阵列，与我们用于制造 1.3μm 激光器和光电二极                   路可以在（001）硅衬底上形成，而这种衬底是所
                 管所用的相同（参见图 3）。同样，这也是通过                      有 CMOS 电路的平台。本技术的下一步开发可能
                 MBE 在（001）硅衬底上生长的。                          会包括光调制器的引入，以及基于硅晶体管的激
                     为了制造光子集成电路，我们使用了与制造                     光器和探测器偏置电路。虽然我们技术的主要应
                 两种有源器件相同的工艺步骤。当然，我们使用                       用是硅芯片上的光通信，但它也可以应用到未来
                 额外的介质沉积步骤在激光器和检测器之间形成                       的光电和生物医学中。
                 多层 Si 3 N 4 /SiO 2 波导。我们优化了波导的沉积参
                                                              扩展阅读
                 数，从而得以最小化在相同的控制波导中所测量
                                                              A. W. Fang et al. Opt. Express 14 9203 (2006)
                 到的波导损耗。为了提高通信链路的质量，我们
                                                              T. Frost et al. Nano Lett. 14 4535 (2014)
                 在远离波导的激光器腔面上沉积了 ZnSe/MgF 2 多                 S. Wirths et al. Nat. Photonics 9 88 (2015)
                 层分布式布拉格反射镜（DBR），并在远离波导                       A. Hazari et al. Appl. Phys. Lett. 107 191107 (2015)
                                                              A. Hazari et al. Appl. Phys. Lett. 109 191102 (2016)
                 的探测器腔面上增加了一层 SiO 2 减反射膜层。                    A. Hazari et al. IEEE J. Quantum Electron. 53 (2017)
                     通过引入激光器到波导的反射耦合腔面，我                      A. Hazari et al. IEEE Photonics Technol. Lett. 29 1751 (2017)
                                                              L. Yan et al. J. Electron. Mater., 1 (2017)
                 们进一步就行了完善。为实现此目的，通过聚焦


                  www.compoundsemiconductorchina.net                                          化合物半导体 2018年第4期         31
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