为了获得 In0.83Ga0.17As 探测器的暗电流机制, 采用了 TCAD 软件对吸收层中含有和不含有超晶格电子势垒的p-i-n结构探测器暗电流特性进行仿真,并开展了器件验证.结果表明, 超晶格势垒可以调整器件的能带结构, 改变载流子传输特性, 降低SRH复合, 从而降低器件的暗电流, 仿真结果与实验结果吻合.在此基础上, 分析了势垒位 置和周期变化对暗电流的影响, 提出了进一步降低器件暗电流的超晶格电子势垒优化结构.

中科院上海技物所近十年来开展了高性能短波红外InGaAs 焦平面探测器的研究。0.9～1.7 ?m近红外InGaAs 焦平面探测器已实现了256×1、512×1、1024×1 等多种线列规格，以及320×256、640×512、4000×128 等面阵，室温暗电流密度＜5 nA/cm2，室温峰值探测率优于5×1012 cm?Hz1/2/W。同时，开展了向可见波段拓展的320×256 焦平面探测器研究，光谱范围0.5～1.7 ?m，在0.8 ?m 的量子效率约20%，在1.0 ?m 的量子效率约45%。针对高光谱应用需求，上海技物所开展了1.0～2.5?m 短波红外InGaAs 探测器研究，暗电流密度小于10 nA/cm2@200K，形成了512×256、1024×128等多规格探测器，峰值量子效率高于75%，峰值探测率优于5×1011 cm?Hz1/2/W。

为了研究延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管的暗电流机制。采用两种不同工艺制备了台面型延伸波长In0.83Ga0.17As pin光电二极管。第一种工艺(M135L-5)是: 台面刻蚀后进行快速热退火(RTA)。第二种工艺(M135L-3)是: 台面刻蚀前进行快速热退火(RTA)。采用IV测试, 周长面积比(P/A), 激活能和暗电流成分拟合方法对器件暗电流机制进行分析。结果显示, 在220~300 K之间,M135L-3器件暗电流低于M135L-5器件的, 并且具有较低表面漏电流。在-0.01~-0.5 V之间和220~270 K之间, M135L-5器件的暗电流主要是扩散电流。在250~300 K之间, M135L-3器件的暗电流主要是扩散电流, 而在-0.01~-0.5 V之间和220~240 K之间, 其暗电流主要是产生复合电流和表面复合电流。与此同时, 暗电流成分拟合结果也得出一致的结论。研究表明, 在降低器件暗电流方面, M135L-3器件优于M135L-5器件,这主要是因为快速热退火降低了器件的体电流。

采用ICP刻蚀(inductively coupled plasma etching)工艺制备了深台面n-on-p结构的可响应到2.4 μm的延伸波长8×1元线列InGaAs探测器.器件表面采用ICP源激发的N2等离子体进行处理,然后再使用ICPCVD(inductively coupled plasma chemical vapor deposition)沉积一层SiNx薄膜的钝化工艺.不同面积光敏元器件的电流—电压特性分析显示器件在常温和低温下侧面电流均得到有效抑制,激活能分析显示了器件优异的暗电流特性,在-10 mV偏压下,在200 K和300 K温度下暗电流密度分别为94.2 nA/cm2和5.5×10-4 A/cm2.

利用半导体仿真工具Silvaco对p-i-n InP/In0.53Ga0.47As/InP近红外光探测器进行优化仿真.参考实际器件对红外探测器进行建模, 并将其暗电流、光谱响应仿真结果与实验结果进行拟合, 保证仿真结果的有效性.以减小探测器的暗电流为目的, 优化其结构.针对探测器吸收层厚度和吸收层掺杂浓度对暗电流、光响应的影响进行研究, 发现当吸收层厚度大于0.3 μm后, 暗电流不再上升, 但光响应随着吸收层厚度的增加而增大;当吸收层掺杂浓度不断上升时, 器件暗电流不断降低, 当掺杂浓度上升到2×1017/cm3时, 暗电流达到最低值.本文还研究了p-i-n型探测器的瞬态响应, 探究了响应速度与反偏电压之间的关系, 发现提高反偏电压能减小探测器响应时间.

空间应用短波红外InGaAs探测器的性能不断提高，对辐照损伤越来越敏感。通过实时测试的方法，研究了不同剂量和不同剂量率的γ辐照对晶格匹配In0.53Ga0..47As探测器电流-电压特性的影响。发现在反向偏压下，辐照在器件中引起的光电流约为2nA。辐照还会在器件引入累积损伤，导致器件的暗电流增加，并且在辐照结束后的十几分钟内不会发生恢复。当剂量率一定时，器件暗电流随着辐照剂量的增加而增大，但增大的速度趋于变缓。当总剂量一定时，器件接受的辐照剂量率越大，其暗电流的增加越多。

为了研究异质结InP/InGaAs探测器帽层的欧姆接触特性，采用Au/p-InP传输线模型(TLM)，对比不同退火温度下的接触特性，在480℃、30 s的退火条件下实现室温比接触电阻为3.84×10^-4Ω·cm²，同时，对欧姆接触的温度特性进行了研究，发现随着温度降低比接触电阻增加，在240~353 K温度范围内界面电流传输主要为热电子场发射机制（TFE）；240 K以下，接触呈现肖特基特性.利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对界面处的扩散程度和化学反应进行了分析，发现经过480℃、30 s退火后样品界面处存在剧烈的互扩散，反应产物Au₁₀In₃有利于改善Au/p-InP的接触性能.

为了实现InGaAs探测器响应波段向可见增强, 在传统的外延材料中加入一层InGaAs腐蚀阻挡层, 制备了32×32元平面型InGaAs面阵探测器, 采用机械抛光和化学湿法腐蚀相结合的方法, 去除了InP衬底.结果表明, 探测器的响应波段为0.5~1.7μm, 室温下在波长为500nm处的量子效率约为16%, 850nm处量子效率约为54%, 1550nm处量子效率约为91%.暗电流大小与衬底减薄之前基本保持一致.理论分析了材料参数对器件量子效率的影响, 为进一步优化可见波段探测器的量子效率提供了依据.

测量了不同扩散掩膜生长方式的截止波长为1.70μm的InGaAs平面探测器的电学性能.其中，SiNx薄膜作为扩散掩膜，分别采用等离子体化学气相沉积(PECVD)和低温诱导耦合等离子体化学气相沉积(ICP-CVD)生长.探测器焊接在杜瓦里测量，结果显示采用两种掩膜方式的器件的平均峰值响应率、探测率和量子效率分别为0.73和0.78A/W,6.20E11和6.32E11cmHz1/2W-1,56.0%和62.0%;两种器件的响应波段分别为1.63~1.68μm和1.62~1.69μm;平均暗电流密度分别为312.9nA/cm2和206nA/cm2.通过理论分析两种器件的暗电流成分，结果显示，相对于采用PECVD作为扩散掩膜生长方式而言，采用ICP-CVD作为扩散掩膜生长方式大大降低了器件的欧姆暗电流成分.

为了适应未来红外焦平面探测器系统小型化、集成化和高精度的发展要求，采用了热蒸发方法分别在InP衬底和InGaAs探测器上实现了中心波长为1.38 μm滤光膜的片上集成。利用偏光显微镜、原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)以及红外傅里叶光谱(FTIR)等实验手段研究了滤光膜的表面界面形貌和光学性能，结果显示，滤光膜为法布里珀罗三谐振腔结构，与膜系设计一致；滤光膜中心波长为1.38 μm，透射率在60%左右。对集成滤光膜InGaAs器件的电学和光学性能测试分析表明，滤光膜制备工艺对器件的电流电压特性和噪声基本没有影响；而集成滤光膜器件的响应要优于滤光膜分离器件的性能。