纳米光子学结构对GaInAsSb p-n结红外光电性能的调控

摘要

GaInAsSb在红外光电领域具有重要应用价值,但是窄带隙材料较高的本征载流子浓度和俄歇复合系数使其室温暗电流密度较高,需要进行制冷才能获得满足应用要求的光电性能.本文利用表面宽带隙半导体纳米柱阵列和背面高反射率金属对GaInAsSb p-n结有源区进行双面光调控,将光限制在较薄的有源区进行吸收,从而提升光电转换量子效率并降低室温暗电流.采用时域有限差分方法仿真分析光学性能,采用数值分析方法求解载流子输运方程以分析光电性能.理论结果表明,在当前工艺水平下,双面光调控结构通过激发光学共振效应可以使厚度1μm的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n结在1.0—2.3μm红外波段的平均量子效率达到90％,扩散暗电流密度可达5×10-6 A/cm2,暗电流主要来自于表面复合,俄歇复合的贡献较小.