雪崩光電二極管的性能測試與仿真優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、雪崩光電二極管(APD)作為光探測器是光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件，與傳統(tǒng)的PIN探測器相比，具有內(nèi)部增益的APD可提供更高的靈敏度，因而一直受到廣泛的關(guān)注。隨著材料生長技術(shù)和半導(dǎo)體工藝的不斷發(fā)展，為了調(diào)控優(yōu)化器件內(nèi)部電場分布從而優(yōu)化器件性能，APD的結(jié)構(gòu)也經(jīng)歷了許多變化，其中具有分立吸收層、漸變層、電荷層和倍增層（SAGCM）結(jié)構(gòu)的APD在增益帶寬積和過剩噪聲性能方面具有明顯優(yōu)勢。SAGCM InGaAs/InP APD是現(xiàn)代光通信系統(tǒng)中接

2、收模塊中的重要器件，具有內(nèi)部增益和高靈敏度的良好特性，而器件的性能受結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響較大。
　　暗電流和過剩噪聲是制約APD性能的重要參數(shù)，要想提高APD的性能就必須優(yōu)化器件設(shè)計(jì)以降低器件的暗電流和噪聲，提高信噪比。本文主要采用實(shí)驗(yàn)與理論仿真相結(jié)合的方法，研究分析了SAGCM InP/InGaAs APD的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其性能的影響，并提出了降低暗電流和過剩噪聲的優(yōu)化設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容包括：
　?。?）對(duì)APD的基本性能參數(shù)進(jìn)行了測試

3、與分析，包括I-V特性、噪聲特性、帶寬特性。首先測試了器件的I-V特性，并由此獲得器件的增益特性，以及特征電壓參數(shù)，并進(jìn)一步測試分析了入射光強(qiáng)度和波長對(duì)器件光響應(yīng)性能的影響。然后測試分析了器件的噪聲特性，采用噪聲分析儀測量。與已經(jīng)報(bào)道的測試方法相比，本文額外考慮了激光器引入的相對(duì)強(qiáng)度噪聲的影響。另外，還測試了器件在不同增益條件下的帶寬性能，并分析了各增益條件下帶寬的限制因素。
　　（2）基于器件仿真器Silvaco，建立了SAGC

4、M InGaAs/InP APD的仿真模型，得到的I-V特性曲線與測試結(jié)果擬合良好。根據(jù)仿真結(jié)果，提取得到了暗電流成分隨偏壓變化的特性，在已有的工作基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步研究了APD的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)器件特征電壓、暗電流及其成分的影響。通過分析仿真結(jié)果，得到了不同倍增層厚度對(duì)應(yīng)的最佳電荷層電荷密度的范圍。
　?。?）提出了一種基于III-V族材料的三電極APD結(jié)構(gòu)，引入橫、縱兩個(gè)方向的電場，理論上可以獲得高增益低噪聲的特性，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，