吸收漸變電荷倍增分離結(jié)構(gòu)雪崩光電二極管的理論研究與實(shí)驗(yàn)制備.pdf

1、本論文的研究工作是圍繞國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）“新型光電子器件中的異質(zhì)兼容集成與功能微結(jié)構(gòu)體系基礎(chǔ)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2010CB327600）、國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2007AA03Z418）以及教育部“長(zhǎng)江學(xué)者和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)發(fā)展計(jì)劃”資助（N0.IRT0609）等展開(kāi)工作的。
　　 在光通信領(lǐng)域，作為接收端的光接收機(jī)首先需要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，即對(duì)光進(jìn)行解調(diào)。這個(gè)過(guò)程可由雪崩光電二極

2、管（APD：Avalanche PhotoDiode）來(lái)實(shí)現(xiàn)。APD是利用雪崩倍增效應(yīng)使光電流得到倍增的高靈敏度的探測(cè)器。APD具有內(nèi)增益能力，具有很高的靈敏度，被廣泛應(yīng)用在超高速光通信、信號(hào)處理、測(cè)量和傳感系統(tǒng)中，是現(xiàn)代高比特速率光通信系統(tǒng)中得到廣泛使用的光電探測(cè)器。
　　 本文針對(duì)吸收漸變電荷倍增分離結(jié)構(gòu)雪崩光電二極管SAGCM-APD（Separated AbsorptioN,Grading，Charge，and Mult

3、iplication Avalanche PhotoDiode）進(jìn)行了深入的理論研究和結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，并實(shí)驗(yàn)制備了InP基的SAGCM-APD，取得相關(guān)成果如下：
　　 1、對(duì)吸收漸變電荷倍增分離結(jié)構(gòu)的雪崩光電二極管（SAGCM-APD）的頻率響應(yīng)特性進(jìn)行詳細(xì)深入的理論研究：首次根據(jù)分層結(jié)構(gòu)算法，分別推導(dǎo)得出InGaAs/InGaAsP/InP SAGCM-APD和InGaAs/InGaAsP/SiSAGCM-APD的頻率響應(yīng)特性

4、公式。該算法利用矩陣代數(shù)的分析方法，先分別分析器件每層結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特性，進(jìn)而結(jié)合得到整個(gè)SAGCM結(jié)構(gòu)APD的頻率響應(yīng)特性。該算法取消了以前頻響分析中所有倍增均發(fā)生在靠近峰值電場(chǎng)附近的某個(gè)平面這一假設(shè)條件，更加準(zhǔn)確的描述了倍增過(guò)程。
　　 2、針對(duì)InGaAs/InGaAsP/InP SAGCM-APD，分析各結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化分別對(duì)耗盡區(qū)內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度、增益因子、雪崩擊穿電壓、頻率響應(yīng)等性能參數(shù)造成的影響。針對(duì)所需的性能參數(shù)，調(diào)整結(jié)構(gòu)參

5、數(shù)來(lái)達(dá)到性能需求。本論文針對(duì)頻率響應(yīng)特性提出需求，希望其能工作在10GHz的頻段，設(shè)計(jì)出的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別為：倍增層的厚度Wm=0.2/μm，摻雜濃度Nm=1×1015cm—3；電荷層的厚度Wc=50nm，摻雜濃度Nc=5×1017cm—3；漸變區(qū)厚度為Wg=80nm，摻雜濃度為N8=9×1016cm—3；吸收區(qū)的厚度Wa=1μm，摻雜濃度Na=1×1015cm—3,擊穿電壓為32.055V，在外加電壓為擊穿電壓的90％時(shí)，倍增因子為9.7