近日，信息學(xué)院后摩爾器件與集成系統(tǒng)中心陳佰樂團隊首次利用單個光電探測器，在室溫下實現(xiàn)了從紫外、可見光、近紅外到延長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有助于實現(xiàn)多種氣體的檢測。目前全光譜探測技術(shù)通常利用多個分立的不同波段探測器，系統(tǒng)相對復(fù)雜，實現(xiàn)高性能超寬光譜光電探測器將極大地簡化探測系統(tǒng)。目前報導(dǎo)的寬光譜探測器往往性能較差、暗電流高、響應(yīng)光譜鮮有跨越多個波段。
為了實現(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器，研究團隊經(jīng)過探索，成功實現(xiàn)InP基InGaAs和InGaAs/GaAsSb二類超晶格材料寬光譜探測器新方案，器件的探測波段在長波方向可到延長短波紅外。此外，還在50nm厚度的P區(qū)創(chuàng)新性地設(shè)計了AlAsSb電子阻擋層和InAlAs過渡層，將光電探測器的探測波段短波方向延伸至紫外波長。
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
實驗測試結(jié)果表明，該器件在室溫可實現(xiàn)從250納米至2.5微米的探測范圍，最高探測率達到6.45×1010 cm·Hz1/2/W。與目前報道的其他探測器相比，該光電探測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. 本項工作器件的光譜探測范圍與硅、InGaAs、鍺、高銦組分銦鎵砷探測器探測范圍對比示意圖
該研究成果論文題為“InP-based Broadband Photodetectors With InGaAs/GaAsSb Type-II Superlattice”，由上?？萍即髮W(xué)、中國科學(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級碩士生王景熠為論文第一作者，陳佰樂教授為通訊作者，器件加工在上海科技大學(xué)量子器件中心完成。
