高速InGaAs探測器材料外延與器件研制.pdf

1、近年來光通訊業(yè)正大步跨向高速大容量的方向，在十九大中也提出新一代的信息基礎(chǔ)建設(shè)工程，其中5G規(guī)模組網(wǎng)就是其重點(diǎn)支持的三大項(xiàng)目之一。激光器和探測器是通訊組網(wǎng)中上游發(fā)射和接收端的核心部件，這些核心部件的制備工藝相對國外還有很大的差距，本論文從探測器的制作入手，主要工作如下:
　　1、對光通訊技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，討論探測器的發(fā)展前景與開發(fā)的必要性，重點(diǎn)對光通訊接收端探測器的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行分析和總結(jié)，選定InGaAs PIN型探測器作為本文研究方

2、向。
　　2、結(jié)合InGaAs探測器的工作原理，對探測器件的表征參數(shù):暗電流、響應(yīng)度、內(nèi)量子效率、響應(yīng)時(shí)間和吸收系數(shù)做了深入研究，然后逐層設(shè)計(jì)外延結(jié)構(gòu)，包括外延襯底的選取、緩沖層厚度設(shè)計(jì)、吸收層的厚度設(shè)計(jì)和P型層的選擇，重點(diǎn)通過對探測器的量子效率、響應(yīng)時(shí)間及探測率的相關(guān)理論進(jìn)行分析，并通過模擬計(jì)算得出了高響應(yīng)和高效率的本征層厚度為0.8μm，在實(shí)際應(yīng)用中需考慮量子效率的影響，選擇2μm厚度的本征層。最后對P型層的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了分析

3、，并提出使用臺(tái)面型PIN結(jié)構(gòu)來制作高響應(yīng)度的InP基紅外探測器有明顯的響應(yīng)速度優(yōu)勢。
　　3、對外延生長所用的MOCVD設(shè)備的各個(gè)組成部分原理做了介紹，對MOCVD的溫度系統(tǒng)和厚度監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了校正，并給出了校正的方法。同時(shí)對外延測試設(shè)備PL，ECV，XRD等原理進(jìn)行了研究，并對設(shè)備進(jìn)行了校準(zhǔn)。
　　4、使用2800G45*8型MOCVD進(jìn)行外延材料生長，通過對生長溫度、五三比的調(diào)節(jié)生長出表面平滑的InGaAs單層，在此基礎(chǔ)

4、上又設(shè)計(jì)了一種簡單結(jié)構(gòu)，通過這個(gè)簡單結(jié)構(gòu)的表征，優(yōu)化出暗電流達(dá)到1nA級(jí)別下InGaAs單層。通過試驗(yàn)五族元素的分壓比，總結(jié)出As P氣相分壓和固相分壓的規(guī)律，生長出穩(wěn)定波長的InGaAsP單層，又分別對InP和InGaAs高摻Zn做了研究。
　　5、將外延片制成探測器器件，第一次樣品制作時(shí)出現(xiàn)了暗電流偏大的現(xiàn)象，通過SIMS測試發(fā)現(xiàn)Zn向吸收區(qū)的擴(kuò)散非常嚴(yán)重，影響了吸收區(qū)的晶體質(zhì)量。通過漸變摻雜和降溫以及減少擴(kuò)散時(shí)間的方式重新生