半!导!体!学!报
#8"Q !%!M _e ]Q $?_^%!="#_Q N e #[_]%
a >D 2*’!% #国家高技术研究发展计划#批准号)*++,$$0,*+-+$*++0$$0,*+(+%$国家自然科学基金#批准号)’+0))+,,%资助项目!* ++(J ,,J ,+收到$*++(J ,*J *0定稿’* ++.中国电子学会Q R %L 基量子阱谐振腔增强型光电 探测器特性研究# 唐!君!陈弘达!梁!琨!杜!云!杨晓红!吴荣汉 #中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点实验室$北京!,+++-0 %摘要’通过对谐振腔增强型#]#!%光电探测器的理论分析和实验测试结果$证明对应不同光束入射角度$]#!光电探测器的模式波长按一定规律可调谐2并给出当入射角度变化,+i "’+i $模式调谐范围约为(+61$而谐振波长处的量子效率峰值及半高宽^U8=的变化与材料吸收系数紧密相关2关键词’]#!光电探测器(量子效率(X 5$H $%&&))*-+! 中图分类号’[Q *,.!!!文献标识码’$!!!文章编号’+*.0J (,))$*++.&%+J +*(0J +( !!引言 随着单频激光器和波分复用解复用技术的发展$在光通信及光信息处理领域$对于窄带高速的光电探测器要求越来越高2谐振腔增强型#]#!%光电探测器在N \\]谐振腔中插入较薄的吸收层$具有高量子效率和高响应速度兼容的优点$并且利用谐振腔的选模作用使器件响应具有良好的波长选择性及空间角度选择性$ 因而越来越受到人们的重视2]#!探测器具有高精细度的光学谐振腔$ 它对光束入射角度非常灵敏$对应不同入射角度$探测器模式波长发生调谐$并且受不同模式波长的吸收变化的影响$量子效率峰值和半宽也呈现不同的角度依赖特性2]#!探测器的空间角度选择性使它在某些角度灵敏的相关测量中有着特殊的应用前景2 本文结合]#!探测器的具体器件结构和波段范围$对探测器的波长选择性的工作原理进行分析$ 并给出我们在]#!探测器空间角度选择性测试方 面的主要结果2 "!8 &’光电探测器空间角度选择特性的理论分析 !!图,为] #!探测器的结构模型2顶部与底部的反射镜为一定周期对数的宽带隙半导体材料或介质材料N \\]2吸收层被安置在两个反射镜之间$厚度为3$ 吸收系数为!Z 吸收层与器件顶镜和底镜之间的间隔层厚度分别为G ,和G *$材料吸收系数由!9K 表示2吸收层和间隔层共同构成光学厚度为波长整数倍的谐振腔2顶镜与底镜的场反射系数分别是?;69K G #Z Y ),%$?c 5E T 9K G #Z Y )*%$其中),$)*分别表示由于光场经过上下N \\]反射镜引起的相位偏移2 当光束从空气中以角度$入射时$]#!探测器 的量子效率可以写成*,$*+) 2T #,U ?;6%#,X ?c 5E T 9U 6!3%#,U 9U 6!3%,U *?;6?!c 5E T 9U 7!3E >H #*+ G E >H $+X ),X )*%X ?;6?c 5E T 9U *6!3#, %式中!$+与$入射角通过斯涅耳定律相联系)(H ;6$+T H ;6$$(是N \\]结构材料的平均折射率2此时谐振条件表示为) *+ G E >H $+X ),X )*T *I *$I T ,$*$0$-#*% 半!导!体!学!报第*’卷 由此我们推导出角度相关的谐振模式) "1>I 9# $%T "+E >H H ;6U ,H ;6$#% ( #0 %"+是器件正入射时的谐振波长2 可以看到$]#!探测器谐振模式随入射角度的关系呈余弦变化$依据 这个规律能够对]#!探测器实现角度波长调谐2 9@@[,U ?;6?!c 5E T 9U 6 !3#?;6?c 5E T %,.(9 U 6 !3.*#( %2G T #,U ?;6%#,X ?c 5E T 9U 6!3%#,U 9U 6!3%#,U ?;6?!c 5E T 9U 6!3%*#.%!#$ %可以根据有源层吸收谱中不同入射角对应模式波长的吸收系数获得2反射率的角度相关特性可以利用光学传输矩阵元的方法进行数值计算2 图*给出不同入射角度下测量的X 5"6$H 量子阱]#!探测器光电流谱2器件顶部和底部的N \\]各为,.对和*0对$吸收层为0对X 5"6$H .X 5$H 量子阱2光束正入射#$g+ i %时器件谐振模式在,+-(61$随入射角度增大$谐振光电流峰不断蓝移$并且由于模式波长随角度改变时其吸收系数有较大变化$相应地$峰值强度和半高宽都发生明显变化2图*#5%中左上角插图示意了器件模式波长与入射角度的关系$其中点线为实验曲线$虚线为根据上面推导的出角度相关的谐振模式公式计算的理论曲线$二者基本一致2 图*#c %分别反映器件量子效率峰值和半高宽随入射角度的变化$点线为实验结果$虚线为理论拟合$它们的变化趋势也相同2 高宽变化相对较小2这说明了如果在测试波长范围$ 吸收系数基本不变$则入射角度变化时$量子效率及 半高宽基本保持不变2 图0#5%中左上角插图示意了器件模式波长与 角度相关的实验和理论曲线2图0#c%给出量子效率 峰值’半高宽随入射角度变化的实验和拟合结果2计 算时!取恒定值2 半!导!体!学!报第*’卷 $K =A B K E J B L =OQ R %L,R L B N8B L =D R D E&R ]J E I ’ D H R D P B N$H = E =N B E B P E =K L # [567M <6$#4968>67I 5$?;567O <6$N 456#82’2/O /L G ’J :P ’2:P L :("(2/)P ’2/3S H 2:/C /,2P :(+,N $"(N 2+212/:.8 /I +,:(31,2:P N $5&+(/N /R ,’3/I L :.8,+/(,/N $9/+7+()!, +++-0$5&+(’%%M L E K R P E )[49C 49>F 9C ;E 5D 565D L H ;H56I9K G 9F ;196C 5D195H %K E J P >B 1.)+*.0J (,))#*++.%%+J +*(0J +( #&F >Y 9E C H F 51>@#4;65#Q >H 2*++,$$0,*+-+56I *++0$$0,*+(+%56I C 49Q 5C ;>65DQ 5C %!]9E 9;P 9I ,+Q >P 91c 9F *++($F 9P ;H 9I156 ++.#4;69H 9"6H C ;C (*下载本文
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