皇甫夏虹 劉雙飛 肖家軍 張蓓 彭新村?

1) (東華理工大學信息工程學院， 南昌 330013)

2) (東華理工大學， 江西省新能源工藝及裝備工程技術中心， 南昌 330013)

GaInAsSb在紅外光電領域具有重要應用價值， 但是窄帶隙材料較高的本征載流子濃度和俄歇復合系數使其室溫暗電流密度較高， 需要進行制冷才能獲得滿足應用要求的光電性能.本文利用表面寬帶隙半導體納米柱陣列和背面高反射率金屬對GaInAsSb p-n結有源區(qū)進行雙面光調控， 將光限制在較薄的有源區(qū)進行吸收， 從而提升光電轉換量子效率并降低室溫暗電流.采用時域有限差分方法仿真分析光學性能， 采用數值分析方法求解載流子輸運方程以分析光電性能.理論結果表明， 在當前工藝水平下， 雙面光調控結構通過激發(fā)光學共振效應可以使厚度1 μm的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結在1.0—2.3 μm紅外波段的平均量子效率達到90%， 擴散暗電流密度可達5×10—6 A/cm2， 暗電流主要來自于表面復合， 俄歇復合的貢獻較小.

1 引 言

GaxIn1—xAs1—ySby四元半導體與商業(yè)化GaSb襯底晶格匹配時理論上可以通過調節(jié)組分實現禁帶寬度(Eg)在0.726—0.296 eV范圍內變化， 相應工作波段范圍為1.7—4.2 μm[1]， 一定程度上覆蓋了1—3 μm和3—5 μm兩個大氣吸收窗口， 在光纖通信、紅外成像、環(huán)境檢測、空間技術、光伏發(fā)電等方面具有廣闊應用前景[2-5].室溫截止波長約2.3 μm的 Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86(Eg～ 0.53 eV)在四元混溶隙附近， 采用金屬有機化合物化學氣相沉 積(metal-organic chemical vapor deposition，MOCVD)、分子束外延(molecular beam epitaxy，MBE)等非平衡方法可以獲得高質量外延層， 基于此的p-n結光伏型器件在紅外光電探測和熱光伏發(fā)電等應用領域被廣泛關注[6-9].

量子效率(QE)和暗電流密度(J0)是決定p-n結應用性能的重要參數， 前者主要受光吸收率和光生載流子輸運效率的影響， 后者主要與載流子輸運特性相關.較薄的p-n結有源區(qū)可以獲得高輸運效率和較低的暗電流， 而為了充分吸收入射光又需要有足夠的有源區(qū)厚度.窄禁帶Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86半導體的本征載流子濃度和俄歇復合系數較高， 室溫下擴散暗電流密度較高， 降低有源區(qū)厚度可以降低俄歇復合對暗電流的貢獻[10].因此， 通過合理的設計以達到“光厚電薄”的效果可以有效提升光電器件的光電轉換性能[11].背面周期性布拉格反射結構產生的駐波共振可以增強薄有源區(qū)的光吸收，但這種結構較復雜， 工藝成本高[12].在Lambert-Beer定律限制下， 表面光學膜提升光吸收的能力有限， 多層光學膜的工藝難度也比較大[13].

在太陽能電池中， 表面亞波長納米光子學結構和背面高反射率金屬膜被用于對p-n結有源區(qū)進行雙面光調控， 將入射光限制在薄有源區(qū)充分吸收， 從而實現了高轉換效率的超薄光電轉換器件[14-20].而納米光子學結構在紅外光電器件中的應用較少， 目前尚未見其在GaxIn1—xAs1—ySby器件中的應用報道.本文擬引入晶格匹配的納米柱陣列(nano pillar array， NPA)結構寬帶隙AlAs0.06Sb0.96(Eg～1.65 eV)作為表面窗口層， 并在背面引入高反射率金屬作為背面反射層(back surface reflector， BSR)， 對Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結進行雙面光調控， 通過理論仿真設計并優(yōu)化材料結構， 利用納米光子學共振效應增強紅外光電轉換效率.

2 器件結構和理論方法

圖1(a)為所設計的雙面光調控p-n結器件材料結構.Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結為光電轉換有源區(qū)， 其前后表面分別引入寬帶隙AlAs0.06Sb0.96窗口層和GaSb背面電場層(back surface field，BSF)以降低表面載流子復合速度.雙面光調控結構包括窗口層表面正方形排列的NPA和鋁(Al)BSR， 前者可以采用納米壓印[21]、自組裝納米球掩膜[22]等方法刻蝕制備在窗口層表面， 后者可以采用晶圓鍵合方法制備[23]， 這些工藝與半導體制程工藝相兼容， 已在多種半導體器件中成功應用.NPA制備在寬帶隙窗口層表面， 避免刻蝕工藝對有源區(qū)電學性能的影響.在與GaSb襯底晶格匹配的半導體中， AlAs0.06Sb0.96的室溫禁帶寬度最大，選用其制作表面窗口層和NPA既可以獲得較高的材料生長質量， 還可以實現較低的寄生光吸收.在上述NPA-BSR雙面光調控結構中， 亞波長NPA可以激發(fā)光學共振， BSR可以將透射光反射回有源區(qū)并激發(fā)駐波共振， 利用這些光學效應可以將光有效限制在較薄的p-n結有源區(qū)， 從而提升光電性能.

材料的光學結構和尺寸是影響光學特性的主要因素， 本文采用時域有限差分(finite different time domain， FDTD)方法對圖1(a)的NPA-BSR雙面光調控p-n結器件進行光學仿真[24].圖1(b)為FDTD仿真設置， 入射光從器件正面沿z軸負方向垂直入射， AlAs0.06Sb0.96納米柱在x—y平面以二維正方形排列， 仿真區(qū)域為以納米柱為中心的正方形重復單元(圖中紅框所示區(qū)域)， 在x-y平面設置周期性邊界條件， 在z軸方向設置完美匹配層邊界條件， 光學結構參數包括納米柱直徑(D)、高度(H)、周期(P)和各光學功能層的厚度， 仿真所采用的網格精度為2 nm.AlAs0.06Sb0.96窗口層、GaSb BSF和Al BSR的厚度設定為圖1(a)中的固定值，重點分析NPA的結構參數和p-n結有源區(qū)總厚度(L)的影響.在光源上方設置反射率監(jiān)視器可以獲得入射光的表面反射率(R(λ)).在p-n結有源區(qū)的前后表面分別設置光功率監(jiān)視器， 可以獲得進入和透過有源區(qū)的光功率占總入射光功率的比率(即圖1(b)中的T1(λ)和T2(λ))， 從而計算出有源區(qū)光吸收率為A(λ) =T1(λ)—T2(λ).

Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結的電學性能通過求解載流子輸運方程和電流方程進行計算， 具體如下[25]:

圖1 雙面光調控Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結 (a)材料結構; (b)三維FDTD光學仿真設置Fig.1.Illustration of the two-side light modulation structured Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction: (a) Material structure; (b) crosssection of the three-dimensional FDTD optical simulation setup.

其中， (1)式、(3)式分別為電子連續(xù)性方程和電流密度方程， (2)式、(4)式分別為空穴連續(xù)性方程和電流密度方程.n，p分別為電子和空穴的濃度，μe，μh分別為電子和空穴遷移率，De，Dh分別為電子和空穴擴散系數，Re，Rh分別為電子和空穴的復合率，q，E分別為電子電荷、電場強度.G為光生載流子產生率.在Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)設置三維場分布監(jiān)視器， 采用FDTD仿真可獲得電場強度隨波長和位置的分布結果(E(λ，x，y，z))，G隨波長和位置的分布由下式計算:

式中，h和ε''(λ)分別為普朗克常數和Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86介電函數的虛部.將(5)式代入(1)—(4)式， 并采用Congenda公司的TCAD(technology computer-aided design)軟件進行求解[26]， 該軟件采用牛頓迭代法對載流子輸運方程進行數值求解，所采用的網格密精度為2 nm.

基于以上理論模型， 器件量子效率QE的計算公式寫為

式中，λ為入射光波長，JSC(λ)為短路電流密度，Фinc(λ)為入射光子流密度(單位時間單位波長間隔入射到單位面積上的光子數目)，Фabs(λ)為單位時間單位波長間隔單位面積的p-n結有源區(qū)吸收的光子數，A(λ) =Фabs(λ)/Фinc(λ)和C(λ) =JSC(λ)/[qФabs(λ)]分別為p-n結有源區(qū)的光吸收率和光生載流子收集效率.器件的暗電流密度J0可以在無光照時通過求解(1)—(4)式計算獲得.各層材料的光學常數和電學特性參數采用已報道的實驗或理論數據[27-29].

3 結果與討論

3.1 共振模式和光學特性

根據已報道的結果[30]， 納米柱高度H需要足夠大以在其內部激發(fā)光學共振所需要的環(huán)形電場或磁場， 而H過高會增加NPA的寄生光吸收， 本文根據理論結果優(yōu)化選擇H= 300 nm， 重點討論直徑D和間距P對光學共振的影響.NPA面密度采用填充因子進行描述， 定義為F=D/P.

圖2(a)和圖2(b)分別給出了反射譜R(λ)和有源區(qū)吸收譜A(λ)隨D的變化結果， 其中H=300 nm，F= 0.6， p-n結有源區(qū)總厚度L= 1 μm.由圖2(b)可見， 在截止波長2.3 μm以下， 有源區(qū)具有一系列吸收峰， 與圖2(a)反射譜的谷值相對應， 這些吸收峰與光學共振密切相關.在波長小于AlAs0.06Sb0.96本征吸收截止波長0.75 μm的短波區(qū)， NPA窗口層具有較強的本征光吸收， 使得有源區(qū)吸收率較低.

圖2(b)中標記為1的吸收峰與NPA-BSR結構在有源區(qū)激發(fā)的F-P腔駐波共振有關， 共振波長主要與材料的光學常數和共振腔長度有關， 針對圖1(a)的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)諧振腔，具體關系式寫為[20]

圖2 納米柱直徑D對Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結光學特性的影響 (a)表面反射譜; (b)有源區(qū)光吸收譜Fig.2.Effects of the nanopillar diameter D on the optical properties of the Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction: (a) Surface reflectance spectrum; (b) absorption spectrum in active region.

式中，λf為駐波共振波長，q為共振級數(整數)，na為有源區(qū)折射率實部，L為有源區(qū)厚度，φ1，φ2分別為有源區(qū)前后表面光反射產生的相移.(7)式的計算結果與圖2(b)中駐波共振峰位相符合.

標記為2的吸收峰與納米柱激發(fā)的Mie散射共振有關， 對于真空中的單根納米柱， 根據Mie散射理論， 光沿著納米柱軸向入射時， 共振波長與尺寸的關系為[18]

式中，λm為Mie散射共振波長，nw為納米柱折射率實部，D為納米柱直徑，k為共振級數(如k= 1為偶極子共振， 更高的k值則對應四極子、八極子等更高級別的共振模式).圖1(a)中， NPA制作在AlAs0.06Sb0.96窗口層表面， 其背面的窗口層及有源區(qū)會對Mie散射共振光場的分布產生影響， 但對共振波長的影響較小， (8)式的計算結果與圖2(b)中的共振峰位基本相符合.

標記為3的吸收峰與周期性NPA產生的Wood-Rayleigh反常衍射有關， 衍射波長與NPA周期(即圖1(a)中相鄰納米柱的間距P)的關系為[31]

式中，λw為反常衍射波長，θ為入射角(垂直入射時取為0).圖2(b)中的粉色線為根據(9)式計算的反常衍射線， 可見其與仿真所獲得的吸收峰位相符合.

根據圖2的仿真結果， 優(yōu)化選擇納米柱直徑D為540 nm， 其激發(fā)的共振吸收峰分布在0.8—2.3 μm波段， 在2.3 μm帶邊附近吸收較強， 有利于增強寬波段范圍的光電轉換效率.

圖3給出了有源區(qū)吸收譜隨NPA填充因子F的變化結果， 其中H= 300 nm，D= 540 nm，L= 1 μm.根據文獻報道， 增加F會增強納米柱之間的相互作用， 使共振峰展寬， 但是共振吸收峰的強度會降低， 因此需要根據實際器件的應用需求進行優(yōu)化選擇.根據圖3的結果， 本文優(yōu)化選擇F為0.6， 其在截止波長以下的寬波段具有最優(yōu)的吸收率.

圖4(a)—(d)分別給出了NPA-BSR雙面光調控結構、NPA單面光調控結構、表面1/4波長Si3N4增透膜(中心波長1.6 μm)和BSR雙面光調控結構、表面1/4波長Si3N4增透膜單面光調控結構對Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)光吸收率的增強效果.NPA尺寸選擇為上述優(yōu)化值， 即H= 300 nm，D= 540 nm，F= 0.6.有源區(qū)厚度L較大時， 單面與雙面光調控對有源區(qū)光吸收的增強效果相差不大， 但是前者在1.0—2.3 μm的長波段吸收率隨有源區(qū)厚度降低而迅速降低， 主要是因為長波段吸收系數較低， 使得薄有源區(qū)透射率較高.基于表面1/4波長Si3N4增透膜的雙面光調控結構在有源區(qū)厚度較薄時可以在中心波長附近較窄的波段范圍內獲得較高吸收率， 但其與NPA-BSR相比有一定的差距.

圖3 納米柱填充因子F對Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結有源區(qū)的光吸收譜的影響Fig.3.Effects of the nanopillar fill factor F on the absorption of the Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction active region.

根據圖4(a)的仿真結果， 本文提出的NPABSR雙面光調控結構對Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)光吸收的增強效果較為明顯，L超過3 μm時在1.0—2.3 μm寬波段的平均吸收率超過95%，L降低至1 μm時平均吸收率接近90%.對于未采用雙面光調控結構的器件， 充分吸收入射光所需要的有源區(qū)厚度在5 μm以上， 這與已報道的實驗和理論結果相符合[10，25，28，29].

3.2 光電特性

根據(6)式， 光電轉換量子效率QE(λ)主要和Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)的光吸收率A(λ)和光生載流子收集效率C(λ)有關， 前者已在3.1節(jié)進行了討論， 后者主要受載流子復合率、遷移率、有源區(qū)摻雜濃度和厚度等因素的影響.復合機制主要有直接復合、間接復合(SRH復合)、俄歇復合和表面復合.直接復合、俄歇復合和遷移率等相關物理參數均與材料屬性和工作溫度有關， 本文將器件工作溫度設定為室溫(300 K).針對圖1(a)中的p-n結有源區(qū)， n型層位于p型層上方， 其結構和相關物理參數見表1所示， 本文重點討論SRH復合、表面復合、有源區(qū)總厚度等實驗因素對QE(λ)的影響.

圖4 不同光學結構下Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結有源區(qū)的光吸收譜 (a)NPA和BSR雙面光調控結構; (b)NPA單面光調控結構; (c)表面1/4波長Si3N4增透膜和BSR雙面光調控結構; (d)表面1/4波長Si3N4增透膜單面光調控結構.其中NPA尺寸為H = 300 nm， D = 540 nm， F = 0.6， Si3N4增透膜的中心波長設計為1.6 μmFig.4.Absorption spectrums of the Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction active region under different optical structures: (a) NPABSR two-side light modulation structure; (b) NPA one-side light modulation structure; (c) surface λ/4 Si3N4 anti-reflection film and BSR two-side light modulation structure; (d) surface λ/4 Si3N4 anti-reflection film one-side light modulation structure.The NPA geometry parameters are set as H = 300 nm， D = 540 nm and F = 0.6， central wavelength of the λ/4 Si3N4 anti-reflection film is set as 1.6 μm.

表1 室溫(300 K)下Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結有源區(qū)的結構和物理參數[27-29]Table 1.Structure and physical parameters of the Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction at room temperature (300 K)[27-29].

圖5將計算所得總厚度L為5 μm的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結的內量子效率(IQE)與Wang等[32]報道的實驗數據進行了比較， 可見理論與實驗結果相符合.

圖5 室溫(300 K)下Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結的IQEFig.5.IQE for Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction diode at 300 K.

圖6 為不同復合參數下載流子收集效率譜C(λ)隨波長λ和有源區(qū)總厚度L的變化結果， 由圖可見，L主要影響1.0—2.3 μm波段的C(λ)值.Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86半導體在靠近截止波長的長波區(qū)光吸收系數較低[27]， 入射光進入材料的深度較大， 增大厚度L會增加深部光吸收產生的載流子擴散至空間電荷區(qū)的距離， 導致復合幾率增加， 因此在長波區(qū)C(λ)隨L增大而降低.SRH本征復合壽命(τ0)和有源區(qū)前后表面復合速度(SF和SB)主要與材料工藝質量有關， 降低τ0或增加SF和SB都會使光生載流子的有效輸運距離變短， 導致在長波區(qū)L對C(λ)的影響增大.短波區(qū)光吸收系數較高， 入射光主要在前表面附近被吸收， 因此增加SF會使短波區(qū)C(λ)降低.根據圖6， 在器件所關注的1.0—2.3 μm紅外波段， 降低有源區(qū)厚度可以降低復合對C(λ)的不利影響， 對L= 1 μm的薄有源區(qū)， 將τ0降低為10—3μs或將SF，SB增大為106cm/s時，C(λ)仍在90%以上.圖6(a)中的復合參數為已報道的實驗數據[29]， 可見L= 1 μm時在1.0—2.3 μm紅外波段的C(λ)值在99%以上.

圖7(a)和圖7(b)分別給出了復合參數對厚度1 μm和6 μm的有源區(qū)量子效率QE(λ)的影響結果， 可以看到后者受復合參數的影響遠高于前者.NPA-BSR雙面光調控結構可以將光限制在較薄的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)進行吸收， 而載流子在薄有源區(qū)中的輸運距離較短， 因此復合對輸運效率的影響較小， 從而有利于獲得較高的光電轉換量子效率.根據圖7(a)， 在當前工藝水平下， 厚度1 μm的有源區(qū)在1.0—2.3 μm波段的QE(λ)平均值接近90%.

暗電流密度J0是Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結的另一項重要性能參數.對于紅外光伏型探測器， 其暗電流噪聲正比于J0， 降低J0是提升器件探測能力的重要手段.對于紅外熱光伏電池， 降低J0可以有效提升器件的開路電壓， 從而提升能量轉換效率.對于實際的p-n結器件， 暗電流主要有p-n的反向飽和電流(又稱為擴散暗電流， 本文以J0d表示)、空間電荷區(qū)的產生和復合電流(Jr-g)以及邊緣漏電流(Jl).Jr-g主要與空間電荷區(qū)的深能級雜質有關， 改善材料的生長質量可以有效降低深能級雜質的濃度， 從而降低Jr-g.Jl主要與器件邊緣電學質量有關， 改善邊緣鈍化工藝可以有效降低Jl.J0d主要和復合率、遷移率和材料結構有關，本文主要討論復合參數和厚度對J0d的影響， Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86有源區(qū)的結構和其他相關物理參數取為表1中的值.

圖6 不同復合參數下載流子收集效率譜C(λ)隨波長λ和有源區(qū)總厚度L的變化 (a) τ0 =1 μs， SF = SB = 102 cm/s; (b) τ0 =10—3 μs， SF = SB = 102 cm/s; (c) τ0 =1 μs， SF = 106 cm/s， SB = 102 cm/s; (d) τ0 =1 μs， SF = 102 cm/s， SB = 106 cm/s.τ0為SRH復合本征壽命， SF和SB分別為有源區(qū)前后表面復合速度Fig.6.Dependence of the carrier collection efficiency spectrums C(λ) on λ and active region thickness L for different carrier recombination parameters: (a) τ0 =1 μs， SF = SB = 102 cm/s; (b) τ0 =10—3 μs， SF = SB = 102 cm/s; (c) τ0 =1 μs， SF = 106 cm/s， SB = 102 cm/s;(d) τ0 =1 μs， SF = 102 cm/s， SB = 106 cm/s.

圖7 復合參數對不同厚度有源區(qū)量子效率譜QE(λ)的影響 (a) L = 1 μm; (b) L = 6 μmFig.7.Effects of the carrier recombination parameters on the quantum efficiency spectrums for different active region thickness L:(a) L = 1 μm; (b) L = 6 μm.

圖8 為各種復合機制所決定的擴散暗電流密度隨有源區(qū)厚度L的變化結果， 其中，J0dA，J0dB，J0dSRH和J0dS分別為俄歇復合、帶間直接復合、SRH復合和表面復合所決定的擴散電流密度.由圖8可見， 體復合決定的擴散暗電流密度(即J0dA，J0dB和J0dSRH)均隨L增大而增大.其中J0dB遠低于J0dA和J0dSRH， 表明帶間直接復合的影響可以忽略.J0dSRH主要由τ0決定， 其主要和材料生長質量有關.根據已報道的實驗數據， 通過改善材料生長工藝可以將τ0提升至1 μs以上， 此時J0dSRH遠低于J0dA.J0dA由少子的俄歇復合壽命決定， 本文僅考慮了帶間俄歇復合， 相關復合參數主要與Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86的能帶結構、本征載流子濃度等本質屬性和工作溫度等因素有關， 因此提升工藝質量很難有效抑制俄歇復合.根據圖7的計算結果，L從6 μm降低至1 μm時，J0dA的值從約10—5A/cm2降低至約10—6A/cm2， 降低幅度達到1個數量級，表明降低有源區(qū)厚度可以有效抑制俄歇復合對暗電流的貢獻.表面復合決定的擴散暗電流密度J0dS隨L的變化不大， 由圖8可見， 表面復合速度大于103cm/s時， 對厚度低于4 μm的有源區(qū)，J0dS高于體復合電流密度， 因此改善有源區(qū)前后表面的鈍化工藝對于降低薄有源區(qū)的J0d較為關鍵.

圖9為室溫下Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結的復合參數和L對J0d的影響結果.黑色曲線所對應的復合參數為當前已報道的實驗數據[29]， 可見L=1 μm時J0d約為5 × 10—6A/cm2， 根據圖8，在此條件下J0d主要來自于表面復合.進一步改善有源區(qū)前后表面的鈍化工藝， 將表面復合速度降低為100 cm/s時(圖9中的紅色曲線)，L=1 μm時的J0d約為2 × 10—6A/cm2.L超過5 μm時，J0d的值超過10—5A/cm2， 且俄歇復合成為主要的貢獻.圖9還給出了Dashiell等[29]報道的實驗數據，其與本文的計算結果相符合.

圖8 各種復合機制所決定的擴散暗電流密度隨有源區(qū)厚度L的變化Fig.8.Dependence of the diffusion dark current densities on active region thickness L.

圖9 室溫下Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n結的J0d隨復合參數和L的變化Fig.9.Dependence of the J0d on carrier recombination parameters and L for Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86 p-n junction at room temperature.

4 結 論

本文分析了NPA-BSR雙面光調控結構Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結的紅外光電性能.利用NPA激發(fā)Mie散射共振和Wood-Rayleigh反常衍射，利用NPA-BSR結構在p-n結有源區(qū)激發(fā)駐波共振， 通過合理選擇材料結構， 這些光學效應可以將紅外波段的光限制在較薄的有源區(qū)進行吸收.降低有源區(qū)厚度可以提升光生載流子收集效率， 并降低俄歇復合對暗電流密度的貢獻.理論結果表明， 在當前工藝水平下， NPA-BSR雙面光調控結構使厚度1 μm的Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86在1.0—2.3 μm寬波段范圍內獲得超過99%的載流子收集效率和高達90%的平均量子轉換效率， 在室溫下的擴散暗電流密度可降低至5 × 10—6A/cm2.理論分析表明， 擴散暗電流密度主要來自于表面復合， 因此改善有源區(qū)前后表面的鈍化工藝還可以進一步降低暗電流.NPA-BSR的關鍵制備工藝為納米壓印刻蝕和晶圓鍵合， 這些工藝技術較為成熟， 有利于實現大面積批量生產.上述結果表明， NPA-BSR雙面光調控結構可以有效提升Ga0.84In0.16As0.14Sb0.86p-n結的光電性能， 通過改善工藝條件， 有望實現在室溫下工作的高量子效率低暗電流密度紅外光電器件， 在紅外光電探測和熱光伏發(fā)電等領域具有重要應用價值.