基于倏逝波耦合的雪崩光電二極管的波導研究與器件設(shè)計.pdf

1、光集成技術(shù)領(lǐng)域是發(fā)展中的，激烈變化著的領(lǐng)域，相較于硅基微電子技術(shù)它還處于起步階段，但同時它有非常廣闊的發(fā)展前景。隨著數(shù)據(jù)、信息通信和交換量的指數(shù)級增加，人們對于超容量、高速率光通信系統(tǒng)的需求日益增加。光集成技術(shù)對于大容量高速光通信系統(tǒng)的發(fā)展起至關(guān)重要的作用。光電探測器是光通信系統(tǒng)的重要組成部分，將光集成技術(shù)應(yīng)用于光電探測器，利于提升光電探測器的性能和可靠性，并降低其制作成本，這對學術(shù)界和工業(yè)界都具有重要的研究價值。本論文的主要目的即立足

2、于此，深入研究光電探測器存在的問題并提出解決方案，最終設(shè)計出滿足高速(≥25 Gbit/s)光通信需求的集成光電探測器。
　　論文中對比了混合集成和單片集成這兩種光集成形式，對于光接收機系統(tǒng)，單片集成的方式有助于縮小器件尺寸并提高器件的可靠性。此外，論文對于光信號耦合進入光探測器吸收區(qū)的方式進行對比分析，基于波導結(jié)構(gòu)的倏逝波耦合方式避免了光探測器速率和量子效率間相互制約的問題，并有利于光生載流子在光探測器吸收區(qū)的均勻分布，適用于高

3、速光探測器。雪崩光電二極管(APD)由于其內(nèi)部倍增效應(yīng)可以獲得較高的響應(yīng)度，適用于遠距離通信系統(tǒng)中微弱信號的探測。依據(jù)上述分析，本文核心內(nèi)容是高響應(yīng)度，高速波導型APD的設(shè)計，此外論文對該波導型APD的性能參數(shù)，包括量子效率，響應(yīng)度，增益帶寬積和暗電流進行了仿真，并研究了其制作流程與工藝。
　　論文首先基于理論分析解析計算出波導型APD的波導結(jié)構(gòu)參數(shù)，在波導設(shè)計過程中，提出了描述不同模式傳輸差異的參數(shù)——等效折射率的離差平方和(S

4、SDR)，可用于描述波導中不同傳輸模式的偏振相關(guān)性。基于上述分析，提出了兩種新型的波導結(jié)構(gòu)：包含空氣縫的光匹配層和臺階波導。上述波導結(jié)構(gòu)的提出使得波導型APD在較小結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)實現(xiàn)了低偏振相關(guān)性和高效耦合。
　　論文中提出了低偏振相關(guān)性，高效耦合的波導結(jié)構(gòu)，并在此波導結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出一種基于絕緣體上鍺(GeOI)的波導型APD，該單片集成光探測器具有較高的響應(yīng)度，較低的暗電流，可應(yīng)用于25 Gbit/s的高速光通信系統(tǒng)，并且其制作工