通过铟含量工程调整单片InGaN/GaN温度传感器件中的灵敏度与响应范围之间的权衡

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Tailoring the Sensitivity-Range Tradeoff in Monolithic InGaN/GaN Temperature Sensing Devices via Indium Content Engineering

InGaN基光电集成器件中铟浓度对温度传感性能的影响研究。通过制备0.137-0.302 InGaN MQWs结构LED-PD器件，在0-220℃范围内发现高铟浓度（540nm发射）可扩展线性范围至220℃（较0.137 InGaN提升55℃），但灵敏度从0.441%℃降至124%℃，揭示光谱重叠与热带隙 narrowing共同作用下的灵敏度-线性权衡机制。器件均保持R2=0.98以上的高线性度与稳定性。

　　

摘要：

基于InGaN的光电产品的单片集成为紧凑型传感设备提供了一个有前景的平台，然而关键材料参数（如铟含量）对温度传感性能的影响尚未得到充分研究。本研究系统地探讨了InGaN/GaN多量子阱（MQWs）中铟浓度对单片集成发光二极管（LED）-光电探测器（PD）性能的影响。制备了铟含量在0.137至0.302之间的器件，这些器件在室温下的发光波长范围为431至540纳米，并在0℃至220℃的温度范围内进行了性能测试。传感机制依赖于LED发光与PD响应之间的温度依赖性光谱重叠，这一现象受到热带隙变窄、热退极化以及载流子动态的影响。实验结果表明，较高的铟含量可以扩展器件的线性工作范围（从0℃至220℃），但同时会降低灵敏度（从0.441%/°C降低到124%/°C），从而揭示了设计上的权衡。所有器件均表现出高可逆性、稳定性和线性（相关系数R > 0.98）。本研究指出，铟浓度是调节灵敏度范围的关键参数，为优化单片III族氮化物光电器件提供了重要的设计指导。