基于倏逝波耦合的雪崩光電二極管的波導(dǎo)研究與器件設(shè)計(jì).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(shí)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(jí)增加，人們對(duì)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(duì)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(cè)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(cè)器，利于提升光電探測(cè)器的性能和可靠性，并降低其制作成本，這對(duì)學(xué)術(shù)界和工業(yè)界都具有重要的研究?jī)r(jià)值。本論文的主要目的即立足

2、于此，深入研究光電探測(cè)器存在的問題并提出解決方案，最終設(shè)計(jì)出滿足高速(≥25 Gbit/s)光通信需求的集成光電探測(cè)器。
　　論文中對(duì)比了混合集成和單片集成這兩種光集成形式，對(duì)于光接收機(jī)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(duì)于光信號(hào)耦合進(jìn)入光探測(cè)器吸收區(qū)的方式進(jìn)行對(duì)比分析，基于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的倏逝波耦合方式避免了光探測(cè)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(cè)器吸收區(qū)的均勻分布，適用于高

3、速光探測(cè)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(yuǎn)距離通信系統(tǒng)中微弱信號(hào)的探測(cè)。依據(jù)上述分析，本文核心內(nèi)容是高響應(yīng)度，高速波導(dǎo)型APD的設(shè)計(jì)，此外論文對(duì)該波導(dǎo)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(jìn)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(jì)算出波導(dǎo)型APD的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)參數(shù)，在波導(dǎo)設(shè)計(jì)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(dǎo)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(dǎo)結(jié)構(gòu)：包含空氣縫的光匹配層和臺(tái)階波導(dǎo)。上述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的提出使得波導(dǎo)型APD在較小結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)實(shí)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(dǎo)結(jié)構(gòu)，并在此波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提出一種基于絕緣體上鍺(GeOI)的波導(dǎo)型APD，該單片集成光探測(cè)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