皇甫夏虹 刘双飞 肖家军 张蓓 彭新村†

1) (东华理工大学信息工程学院， 南昌 330013)

2) (东华理工大学， 江西省新能源工艺及装备工程技术中心， 南昌 330013)

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1 μm的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n结在1.0—2.3 μm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.

1 引 言

GaxIn1—xAs1—ySby四元半导体与商业化GaSb衬底晶格匹配时理论上可以通过调节组分实现禁带宽度(Eg)在0.726—0.296 eV范围内变化， 相应工作波段范围为1.7—4.2 μm[1]， 一定程度上覆盖了1—3 μm和3—5 μm两个大气吸收窗口， 在光纤通信、红外成像、环境检测、空间技术、光伏发电等方面具有广阔应用前景[2-5].室温截止波长约2.3 μm的 Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86(Eg～ 0.53 eV)在四元混溶隙附近， 采用金属有机化合物化学气相沉 积(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)等非平衡方法可以获得高质量外延层， 基于此的p-n结光伏型器件在红外光电探测和热光伏发电等应用领……