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科技前沿 | Research Review

光电晶体管在自由空间通信中的应用

用 II 型超晶格材料制作中红外光电晶体管的光学增益已可达到 600 以上，可应用于“自由空间光通信”中。

位 于美国伊利诺伊州西 结构能与锑化镓衬底相匹配
北大学的研究人员已
时，就可以进行所有这些调
经制作了一种红外 II 型超晶 整”。
格光电晶体管，它具有令人 该研究团队将分子束外
印象深刻的性能，其探测效 延生长的探测器与基于 II 类
率为同类光电二极管的四倍。 超晶格的 p 型基区和轻掺杂
该研究团队制作的光 n 型集电区相结合，它的发
电晶体管，致冷条件下它在 射区是一种基于 InAs/GaSb/
4μm 波长的光学增益可达到 AlSb/GaSb 的 超晶 格 结 构，
600 以上，对于激光的“自 分别具有 7, 1, 5, 1 个单分子
由空间光通信”网络应用是 层结构 ；基区和集电区具有
一个强有力的候选器件。这 相似的结构，但每个周期结
种光通信技术能通过提供另 构上是由 6.5 个 InAs 单分子
一种一英里距离的链接来替 无抗反射涂层II型超晶格光电晶体管的光电响应曲线，显示在约3.9μm波长处达到 层的和 12 个锑化镓单分子层
饱和。
代传统的光纤网络的信号传输。 所组成。
该研究团队的组长 Manijeh 制造微型冷却器上的改进使得这种冷 II 类超晶格光电探测器采用了标
Razeghi 解释说 ：“‘自由空间光通信’ 却器的成本得到了下降，并还扩展了 准的光刻技术来制作它的光电晶体管。
的主要卖点是在于，你不再需要再对 它们的工作寿命”。 测量表明，在 150K 温度下它具有超过
射频带宽进行任何的配置，这在信号 Razeghi 及其同事所开发的是一种 2000 A/W 峰值响应（详情见图），而
拥挤的地区是很宝贵的资源”。更为重 异质结晶体管器件，它是 HBT 器件的 在 77 K 温度、200 mV 偏置下它的光
要的是，与 WiFi 网络不同，“自由空 一种变体。光电晶体管一度被认为是 学增益趋于一致，随着偏置电压增加
间光通信”可以对金融机构等具有高 应用于近红外区的快速检测中，但随 到 600 mV 左右，其光学增益达到饱和
度安全性要求的用户提供一种固有的、 后并没有获得成功，其原因是发现缺 值 668。与此同时，在 150 K 温度、偏
安全稳定的信号链接。 乏一种能工作在该光谱波段的合适材 置电压 110mV 时其光学增益趋于一致，
在理想情况下，这种光通信技术 料组合。 在 350mV 时达到 639 的饱和状态。
应该要避开 800nm 到 2μm 波长的近红 Razeghi 解释说 ：“由于 II 型超晶 该团队的任务之一就是测量他们
外波段，这是为了避免对人眼产生安 格材料具有优异的性质，我们重新对 器件的工作速度。Razeghi 说道 ：“从
全问题，这是一种与大功率激光源应 异质结晶体管进行了审视，并给它提 其他的实验证据表明，我们可以预期
用需求相关联一个问题。由 Razeghi 团 供了另一种应用机会 , 也即是在中红外 它能工作在千兆赫兹 GHz 波段 "。
队所制作的光电晶体管是工作在 5μm 和远红外波段进行高速红外探测领域 其他工作目标还包括要制作更长

到 3μm 波长的中红外波段区域。这是 来证明它是一种优秀的候选器件”。 波长的光电晶体管，通过改进芯片的
一个十分适合进行自由空间光通信的 她认为，她团队工作的最大意义 设计和工艺来进一步提高它的工作速
红外光谱波段，在这一波长范围内的 是完全由 II 型超晶格材料来制作异质 度，并开发可用于波长多路复用的双
大气的散射和吸收都相对比较微弱。 结双极晶体管。这种方法通过可以自 波段探测器。
由美国西北大学团队研制的 II 型 由地选择不同带隙能量的材料来制作
光电晶体管还存在着一个缺点，它在 位于不同部位的晶体管，并且还能调 A. Haddadi et. al. Appl. Phys.
工作时需要冷却，这将会增加应用的 整它们之间的带隙能量偏移。 Lett. 109 021107 (2016)
成本。Razeghi 认为 ：“然而，近期在 Razeghi 强调说 ：“当空穴的晶格

24 化合物半导体 2016年第4期 www.compoundsemiconductorchina.net