一种新型DVD激光读取头光电检测集成电路的研制

在介绍DVD光学头工作原理和伺服检测方法的基础上,提出了一种芯片面积小、输出失调电压低的单片集成的PDIC(Photo Detecting Integrated Circuit)的设计方案.芯片采用0.6μm CMOS工艺来实现,用于光检测的四象限PIN光电二极管阵列,在入射光波长为650nm情况下,响应度为0.32A/W.互阻放大器的-3dB带宽可达到100MHz,单个通道灵敏度可达到25mV/μW,平均直流偏置失调电压可减小到10mV.     

光学头中单片光电集成硅基PDIC的设计

针对应用于DVD光学头的关键部件PDIC,设计了一种芯片面积小、输出失调电压低的单片集成的硅基PDIC.芯片采用CSMC的0.5 μm BCD工艺,集成了p-i-n探测器与前置放大电路.重点介绍了p-i-n光电探测器及前置放大电路的设计思想.仿真结果表明,用于光电检测的p-i-n光电探测器在650 nm光照下响应度达0.2 A/W,互阻放大器的-3 dB带宽达到94 MHz,跨阻增益达150 kΩ.可以满足DVD系统的性能要求.     

标准CMOS工艺下单片集成光接收芯片的研究

设计了与标准CMOS工艺兼容的850 nm空间调制(Spatially Modulated,SM)结构光电探测器,在分析器件物理模型的基础上,建立了SPECTRE环境中等效电路的新模型.提出标准CMOS工艺下SM探测器与前置放大电路单片集成的电路设计.仿真结果表明,在850 nm光照下,SM探测器带宽达到400 MHz,并提供62 mA/W的响应度.整个集成芯片的工作速率为400 Mb/s,增益为0.81 kV/W,功耗为91 mW.     

紫外和蓝光区域硅PIN光电二极管

描述了采用离子注入、低温慢降温热处理和背面磷吸杂等方法在高阻(111)N型硅片上研制高性能PIN光电二极管的工艺技术,测量并分析了光电二极管的I-V、C-V和光灵敏度等性能.有源区面积为16mm×17mm的二极管样品在全耗尽偏置电压下(Vd=70V),环境温度为25℃时的暗电流和端电容典型值分别达到≤5nA和≤120pF.探测器在波长区域(380～500nm)的光谱响应典型值:400nm为0.26A/W,500nm为0.33A/W.量子效率在400～900nm光谱范围内达到70%～80%.对于紫外光至蓝光区域,该器件是一种理想的光探测元件.     

紫外和蓝光区域硅PIN光电二极管

描述了采用离子注入、低温慢降温热处理和背面磷吸杂等方法在高阻(111)N型硅片上研制高性能PIN光电二极管的工艺技术,测量并分析了光电二极管的I-V、C-V和光灵敏度等性能.有源区面积为16mm×17mm的二极管样品在全耗尽偏置电压下(Vd=70V),环境温度为25℃时的暗电流和端电容典型值分别达到≤5nA和≤120pF.探测器在波长区域(380～500nm)的光谱响应典型值:400nm为0.26A/W,500nm为0.33A/W.量子效率在400～900nm光谱范围内达到70%～80%.对于紫外光至蓝光区域,该器件是一种理想的光探测元件.     

中心带雪崩光电二极管的InGaAs PIN四象限探测器

介绍了研制的中心带雪崩管的PIN四象限InGaAs光电探测器.这种光电探测器PD芯片具有一个平面结构的InGaAs PIN四象限光电二极管,其中心位置带有一个雪崩光电二极管,位于同一晶片上.探测器的5个PD芯片被安装在各自厚膜集成的前置放大器上,同时封装在一个带光窗的金属壳体中.中心雪崩探测器和四象限探测器的电压响应度、响应时间、等效噪声功率分别为:2.5×105 V/W(1 550 nm)和0.95×104 V/W(1 550 nm);7 ns和20 ns;0.15×10-12 W/Hz1/2和4×10-12W/Hz1/2,象限间串扰小于3%,象限内不均匀性小于5%.这种探测器可同时用于人眼安全激光测距、激光定位和跟踪.     

Si基单片集成850nm光接收芯片研究

设计并制备了一种Si基单片集成850nm光接收芯片,包括"P+/N-EPI/BN+"结构的光电探测器(PD)、跨阻前置放大电路及其后续处理电路。分析了PD的结构,并对其光谱响应及频率响应进行模拟,在2.0V偏压下,PD在850nm的响应度为0.131A/W,截止频率为400 MHz。采用0.5μm BCD(bipolar、CMOS和DMOS)工艺流片,光接收芯片面积约为900μm×1 100μm。测试结果表明,PD暗电流为pA量级,响应度为0.12A/W。光接收芯片在155 Mb/s速率及误码率(BER)小于10-9情况下,灵敏度为-12.0dBm;在622 Mb/s速率及BER小于10-9情况下,灵敏度为-10.0dBm,并能得到清晰的眼图。将该光接收芯片封装后接入光接收模块,进行点对点光互联实验,获得很好的光信号通路。     

InGaAsP单量子阱激光器热特性研究

从InGaAsP单量子阱激光器热效应分析入手,采用自行设计的热封闭系统对808nm InGaAsP单量子阱激光器温度特性进行了研究.实验表明,在23℃～70℃的温度范围内,器件的功率由1.12W降到0.37 W,斜率效率由1.06 W/A降到0.47 W/A.实验测得其特征温度T0为321 K.激射波长随温度的漂移为0.45 nm/℃.其芯片的热阻为2.44℃/W.     

808nm准连续600W高功率半导体激光芯片研制

通过设计极低损耗808nm半导体激光芯片外延结构,实现腔内损耗小于0.5cm~(-1)。采用该高效率外延结构研制出高峰值功率808nm巴条芯片,巴条的填充因子为85%,包含60个发光点,发光区宽度为140μm,腔长为2mm。在驱动电流为500A,脉冲宽度为200μs,重复频率为400 Hz,占空比为8%的工作条件下,该芯片的准连续(QCW)峰值输出功率为613 W,斜率效率达1.34 W/A,峰值波长为807.46nm,光谱半峰全宽为2.88nm。任意选取5只芯片,在准连续300 W(占空比8%)条件下进行了寿命验证,芯片寿命达到3.63×109 shot,定功率300W下电流变化小于10%,达到商业化水平。     

高性能976 nm宽条半导体激光芯片

设计并制作了波长为976nm的宽条大功率半导体激光芯片。采用非对称宽波导外延结构设计及金属有机化学气相外延技术生长了低损耗、高效率的外延材料。制备了190μm发光区宽度、4mm腔长、976nm波长的半导体激光芯片,并将其封装为COS器件。测试结果表明:封装器件在室温下的阈值电流为1.05 A,斜率效率为1.12 W/A,最高电光转换效率可达到68.5%;在40℃、19.5 W功率输出时的电光转换效率可以达到60%;9个器件在40℃和15A电流下老化4740h后,无一失效,而且老化前后的功率-电流曲线和光谱没有变化,证明该激光芯片具极高的稳定性和可靠性。