17、III族氮化物光电探测器的发展与性能研究

III族氮化物光电探测器的发展与性能研究

1. 光电探测器基础

在光电探测器的研究中，有几个关键方面需要关注。首先是反向泄漏电流，较高的反向泄漏会导致较差的噪声性能。而菲涅尔反射也是一个重要问题，它发生在器件与周围空气的界面处，会使进入器件的光子减少。不过，使用介电抗反射（AR）涂层可以将这种反射最小化。虽然AR涂层的设计和制造相对简单，且与光电探测器的设计问题相互独立，但大多数研究人员在报告器件性能时通常不考虑AR涂层，因为他们默认应用该涂层后响应度会有小幅度提升。

光电探测器常用的性能标准主要有响应度光谱、探测率和速度：
- 响应度 ：定义为每单位入射辐射功率所产生的光电流，单位是安培/瓦特。外部量子效率（EQE）则描述了每个入射光子产生的光电子数量，以百分比表示。实际上，EQE是光电流与光子通量的百分比比值。需要注意的是，具有增益的器件EQE可能超过100%。通过公式ε = hc/λ可以从波长得到光子能量，进而将光子通量转换为入射辐射功率，从而建立EQE与响应度的关系。
- 探测率 ：定义为噪声等效功率的倒数。噪声等效功率是在给定调制频率、工作波长和有效噪声条件下，探测器输出端获得单位信噪比所需的辐射功率，通常用符号D表示，单位是Hz^(1/2)Watt^(-1)。更常用的是比探测率D ，它是归一化到单位面积和带宽的探测率，单位是cm·Hz^(1/2)Watt^(-1)。响应度仅表示增益，无法体现探测器受固有噪声限制时能检测到的最低辐射功率。例如，一个探测率高但暗电流也高的光电探测器，其可检测的最小辐射功率会受到严重限制，因为当小辐射功率入射时，光电流的增加可能无法在已有的高暗电流之上体现