雪崩光電二極管的MonteCarlo模擬及器件制作.pdf

1、在長距離的光纖通信系統(tǒng)中，由于傳輸損耗而造成光信號微弱問題十分突出。雪崩光電二極管（APD）由于其內(nèi)部增益，靈敏度通常比PIN二極管高5~10 dB。高速APD因為高靈敏度和足夠的速率被列入下一代光傳輸系統(tǒng)的規(guī)劃中。其中InP/InGaAs APD在10Gbit/s以及更高速率的光通信系統(tǒng)中已有廣泛的應(yīng)用。近年來，由于InAlAs材料具有優(yōu)秀的離化特性和更寬的帶隙，使得InAlAs/InGaAs APD受到重視。但相比于InAlAs材料

2、，InP APD的相關(guān)工藝更加成熟、產(chǎn)品可靠性也更好。因此，本文主要研究了適用于25 Gbit/s及更高速率的InP/InGaAs APD，并探索了基于空間離化的級聯(lián)結(jié)構(gòu)InP APD。
　　為了研究和優(yōu)化高速 APD器件，本文對隨機(jī)路徑長度（RPL）模型針對吸收漸變電荷倍增分離（SAGCM） APD做了相應(yīng)的擴(kuò)展。并采用靜態(tài)電場蒙特卡羅（MC）碰撞離化模型對電荷層的離化系數(shù)做了修正，并對其進(jìn)行了驗證。RPL模型所得脈沖響應(yīng)通過延

3、時、權(quán)重處理計算出器件的整體響應(yīng)。再通過該脈沖響應(yīng)結(jié)合暗電流、碼間串?dāng)_（ISI）和帶寬限制增益計算出相應(yīng)的誤碼率（BER），從而得到各層參數(shù)對器件靈敏度的影響。相比于直接使用MC模型對整體器件進(jìn)行模擬，該修正的RPL模型在保證精確度的同時大幅降低了模擬所需時間。所模擬結(jié)果顯示出電荷層對高速SAGCM APD性能有很大影響，并且由于其相對于倍增層厚度更具有可調(diào)性的特點，從而可以起到在保證靈敏度的同時依據(jù)現(xiàn)有工藝來調(diào)節(jié)外延層離化區(qū)域結(jié)構(gòu)參數(shù)

4、的作用。
　　對于InP低噪聲級聯(lián)APD的探索，本文首先通過MC模型對相應(yīng)物理機(jī)制進(jìn)行了分析，并分析驗證了其可行性。再采用修正的弛豫效應(yīng)理論（DSMT）模型和 RPL模型分析了其增益-噪聲特性、頻率響應(yīng)特性以及級聯(lián)數(shù)目和外延層參數(shù)對其性能的影響，并在此基礎(chǔ)上對外延層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡化和優(yōu)化。此外，本文使用以鎖相放大器為核心的測試平臺對InP級聯(lián)APD的I-V特性和噪聲特性進(jìn)行了測試。測試結(jié)果顯示級聯(lián)結(jié)構(gòu)InP APD的噪聲特性較體材料