單片集成及新型光接收器件的研究.pdf

1、基于北京郵電大學通信光電子學實驗室的現(xiàn)有條件,結(jié)合相關項目,筆者在該文中對RCE/HBT集成光接收器件的設計、制備進行了重點研究;在任曉敏教授的指導下,作者將"圓柱型半導體光電子器件"的新想法引入到光電探測器中,對這種新型光電探測器進行了分析與研究.第一,在研究諧振腔增強性(RCE)光電探測器與異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的基礎上,首次提出將RCE光電探測器與HBT器件單片集成,實現(xiàn)光電集成(OEIC)光接收前端器件的設想,并將InP/空

2、氣隙DBR引入到了RCE光電探測器中.第二,基于光電探測器和HBT器件的物理結(jié)構(gòu),構(gòu)建了相關的器件的高頻等效電路模型,利用該等效電路模型深入地研究了集成前端的跨阻放大特性和噪聲特性,并在模擬與驗證中獲得了與文獻中測試數(shù)據(jù)比較一致的結(jié)果.第三,在跨阻放大特性分析中得到了集成器件優(yōu)化的跨阻阻值、3dB帶寬和增益帶寬積的解析表達;在噪聲特性分析中,得到了幾種主要噪聲電流源的均方根功率譜密度的解析表達,并討論了噪聲電流源在不同的頻率范圍內(nèi)對器件

3、的影響,其中基極電流引起的散粒噪聲與基極電阻引起的熱噪聲在1~5GHz范圍內(nèi)起主要作用;集電極電流引起的散粒噪聲與基極電阻引起的熱噪聲在5~10GHz范圍內(nèi)起主要作用.第四,分析了RCE/HBT集成器件設計與制備中的折中因素,形成了較為完善的OEIC前端器件的設計優(yōu)化方法.第五,對RCE/HBT集成器件進行了工藝制備及實驗研究;在沒有DBR的情況下,光電探測器件獲得了約15％的量子效率和5GHz的3dB帶寬;總結(jié)了集成器件制備過程中的問

4、題,提出了改進后的HBT器件制備工藝.第六,在該文研究內(nèi)容的討論中,任曉敏教授與作者共同提出了"圓柱型半導體光電子器件"的新想法,這種器件采用與光纖類似的結(jié)構(gòu),即在圓柱徑向上呈現(xiàn)分層分布,完全不同于傳統(tǒng)的半導體光電子器件的結(jié)構(gòu).第七,首次將通用完全匹配層(GPML)邊界條件引入到波導形式的二維時域有限差分(FDTD)數(shù)值計算方法中,構(gòu)建了可以用于模擬任意橫截面結(jié)構(gòu)的有耗、無耗波導器件的FDTD方法;利用這種方法分析了新型光電探測器的場分