吸收漸變電荷倍增分離結構雪崩光電二極管的理論研究與實驗制備.pdf

1、本論文的研究工作是圍繞國家重點基礎研究發(fā)展計劃（973計劃）“新型光電子器件中的異質兼容集成與功能微結構體系基礎研究”（項目編號：2010CB327600）、國家高新技術研究發(fā)展計劃（863計劃）項目（項目編號：2007AA03Z418）以及教育部“長江學者和創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃”資助（N0.IRT0609）等展開工作的。
　　 在光通信領域，作為接收端的光接收機首先需要將光信號轉換成電信號，即對光進行解調。這個過程可由雪崩光電二極

2、管（APD：Avalanche PhotoDiode）來實現(xiàn)。APD是利用雪崩倍增效應使光電流得到倍增的高靈敏度的探測器。APD具有內增益能力，具有很高的靈敏度，被廣泛應用在超高速光通信、信號處理、測量和傳感系統(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器。
　　 本文針對吸收漸變電荷倍增分離結構雪崩光電二極管SAGCM-APD（Separated AbsorptioN,Grading，Charge，and Mult

3、iplication Avalanche PhotoDiode）進行了深入的理論研究和結構參數(shù)設計，并實驗制備了InP基的SAGCM-APD，取得相關成果如下：
　　 1、對吸收漸變電荷倍增分離結構的雪崩光電二極管（SAGCM-APD）的頻率響應特性進行詳細深入的理論研究：首次根據(jù)分層結構算法，分別推導得出InGaAs/InGaAsP/InP SAGCM-APD和InGaAs/InGaAsP/SiSAGCM-APD的頻率響應特性

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構的響應特性，進而結合得到整個SAGCM結構APD的頻率響應特性。該算法取消了以前頻響分析中所有倍增均發(fā)生在靠近峰值電場附近的某個平面這一假設條件，更加準確的描述了倍增過程。
　　 2、針對InGaAs/InGaAsP/InP SAGCM-APD，分析各結構參數(shù)的變化分別對耗盡區(qū)內電場強度、增益因子、雪崩擊穿電壓、頻率響應等性能參數(shù)造成的影響。針對所需的性能參數(shù)，調整結構參

5、數(shù)來達到性能需求。本論文針對頻率響應特性提出需求，希望其能工作在10GHz的頻段，設計出的結構參數(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，倍增因子為9.7