GaAs/AlGaAs量子阱太赫兹光电探测器：面向6G通信的高性能模拟与优化

《Journal of Computational Electronics》：Modeling and simulation of a GaAs/AlGaAs quantum well photodetector for terahertz application

本文推荐一项针对太赫兹探测的GaAs/AlGaAs量子阱光电探测器（QWP）研究。通过MATLAB与TCAD仿真优化量子阱宽度（Lw=180 ?）与铝组分（x=0.019），该器件在3.9–4.6 THz频段实现0.31 A/W高响应度、0.99 mA低暗电流及稳定捕获概率（0.351），为6G无线通信与卫星系统提供了高性能太赫兹探测方案。

　　

本研究通过模拟工具MATLAB和TCAD（Technology Computer Aided Design，技术计算机辅助设计），设计了一种新型砷化镓/铝镓砷（GaAs/AlGaAs）量子阱光电探测器（Quantum Well Photodetector, QWP），专门用于太赫兹（Terahertz, THz）波段的探测。该探测器优化后在3.9–4.6 THz频率范围内工作，峰值响应位于4.3 THz（对应波长69.7 μm）。研究团队重点分析了量子效率、响应度（Responsivity）、暗电流（Dark Current）以及捕获概率（Capture Probability）等关键参数。优化后的量子阱宽度L_w为180 ?（埃），铝摩尔分数x为0.019，使器件实现了0.31 A/W的高响应度、0.99 mA的低暗电流，并在目标频段内保持约0.351的近乎恒定的捕获概率。这些优化指标显著提升了器件的波长探测灵敏度，其优势源于改进的载流子传输、更高的电导率以及更强的光电导增益（Photoconductive Gain）。模拟结果与已有实验数据吻合，验证了模型的可靠性。该量子阱探测器在下一代太赫兹应用（如6G无线通信和卫星通信系统）中展现出巨大潜力。本研究的创新点在于通过优化量子阱参数，同步提升了响应度与量子效率，同时降低了暗电流。特别值得注意的是，捕获概率的斜率随量子阱宽度增加而保持负值且逐渐下降，在3.9–4.6 THz区间内呈现低而稳定的特性，这一新发现有望增强探测器电导率，从而提升整体增益。此现象为首次报道，使该模型成为高速自由空间光通信和无线通信领域的强有力候选方案。