Waveguided Ge/Si Avalanche Photodiode With Separate Vertical SEG-Ge Absorption, Lateral Si Charge, and Multiplication Configuration

A novel Si-waveguide-integrated Ge/Si avalanche photodiode (APD) is demonstrated for the first time, in which light propagating along the Si waveguide is evanescently absorbed by an overlaying Ge layer selectively grown on it, whereas the avalanche multiplication of photoexcited carriers occurs laterally in the Si-waveguide layer. The APD provides a responsivity of $sim$7.2 A/W at 1550 nm, which is $sim$26 times larger than the corresponding vertical Ge/Si p-i-n photodiode, and exhibits a 3-dB bandwidth of $sim$3.3 GHz, a dark current of $sim!hbox{22} muhbox{A}$ at 22-V bias, and an excess noise factor of $sim$4, respectively.      

吸收层与倍增层分离的4H-SiC雪崩光电探测器

设计和制备了吸收层和倍增层分开的4H-SiC穿通型雪崩紫外光电探测器.设计器件的倍增层和吸收层厚度分别为0.25和1μm.采用multiple junction termination extension(MJTE)方法减少器件的电流集边效应和器件表面电场.对器件的暗电流、光电流和光谱响应进行了测量.器件在55V的低击穿电压下获得了一个高的增益(＞104);穿通前器件暗电流约为10pA数量级;0V偏压下器件光谱响应的紫外可见比大于103.光谱响应的峰值波长随反向偏压的增大而向短波方向移动,在击穿电压附近光谱响应的峰值波长移到210nm,此波长远远小于在0V时的响应峰值.结果显示器件在紫外光探测中具有优良的性能.     

具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管

基于碰撞离化理论研究设计了In0.53 Ga0.47 As/In0.52 Al0.48As电子倍增超晶格结构雪崩光电二极管,使用MOCVD外延得到实验片,经过工艺流片后进行封装测试.测试结果显示,具有超晶格雪崩区的电子倍增型APD器件,其暗电流可以控制在纳安级,光电流增益达到140,证明具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管具有很好的光电探测性能.     

用于电路模拟的PIN雪崩光电二极管模型

针对PIN结构的特殊性，作了适当的合理近似，考虑了p，n区少子扩散，i区载流子漂移，给出一个完整的PIN雪崩光电二极管电路模型。该模型适于在开发OEIC电路模拟软件中采用，亦可加到现有电路模拟软件中。它可用于直流、交流、瞬态分析。该模型完全适用于PIN结构光电二极管。     

InGaAs/InGaAsP/InP SAGM-APD器件设计考虑及I_P—V曲线二级阶梯状扭折

本文根据雪崩电场和限制隧道电流电场要求出发,设计和估算了InGaAs/InGaAsP/InPSAGM-APD器件参数,测量并解释了I_p-V曲线的二级阶梯扭折行为,指出了V_(th)/V_B以1/3左右为宜和与实际测量的M_p比较吻合的经验公式。     

硅基雪崩光电探测器倍增层掺杂的研究

硅基雪崩光电探测器的器件性能与倍增层的掺杂浓度有着密切联系。研究了硅基雪崩光电探测器倍增层的掺杂浓度对雪崩击穿电压和光谱响应度等特性的影响。在硼的注入剂量由5.0×1012 cm-2减小为2.5×1012cm-2时,倍增层内电场强度逐渐降低,吸收区电场强度迅速增大,器件的雪崩击穿电压由16.3V迅速上升到203V,而光谱响应在95%的击穿电压下,峰值响应波长由480nm红移至800nm,对应的响应度由11.2A/W剧增到372.3A/W。综合考虑光谱响应和雪崩击穿电压的影响,在硼注入剂量为3.5×1012 cm-2时,可获得击穿电压为43.5V和响应度为342.5A/W的器件模型,对实际器件的制备具有一定参考价值。     

Avalanche Photodiode Array Based on InGaAs/InAlAs/InP Heteroepitaxial Structures with Separated Absorption and Multiplication Regions

Journal of Communications Technology and Electronics - In this paper, we analyze the design features of avalanche photodiode architectures with separated absorption (InGaAs) and multiplication...     

盖革模式雪崩光电二极管的主动淬灭电路研究

紫外光通信作为新型通信方式,在短距离通信领域具有潜在的应用前景.紫外光通信的探测电路可分为线性模式和盖革模式,盖革模式探测电路在系统带宽和探测灵敏度等方面具有显著优点.本文研究了基于盖革模式雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)的单光子探测电路,实现对微弱紫外光信号的探测.采用主动淬灭快恢复电路,通过淬灭信号和恢复信号控制APD阳极电位,从而减小死时间,提高系统的计数上限.实验发现,对于主动淬灭电路而言,当死时间过小时,淬灭时间和恢复时间除了受到淬灭信号和恢复信号控制外,还会受到电路中电容充放电时间的影响.本文从理论和实验两方面研究了电路中电容和电阻对死时间的影响,为进一步缩短死时间提供了理论指导.     

级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管暗电流成分分析

实验制备了级联倍增InAlAs/InAlGaAs雪崩光电二极管,对二极管暗电流随台面直径和温度的变化进行了研究分析。结合暗电流函数模型,利用Matlab软件对暗电流的各成分进行了数值计算,并仿真研究了芯片结构的缺陷浓度Nt和表面复合速率S对暗电流的影响。结果表明,二极管暗电流主要来自于体暗电流,而非表面漏电流。在工作点偏压90V处,受缺陷影响的缺陷辅助隧穿电流Itat在暗电流中占据了主导,并推算出了芯片结构的缺陷浓度Nt约为1019 m-3、吸收区中的缺陷浓度NInGaAs约为7×1015 m-3。由于芯片结构的缺陷主要来源于InAlAs/InAlGaAs倍增区和InGaAs吸收区,而吸收区缺陷占比很少,因此认为缺陷主要来自于异质结InAlAs/InAlGaAs倍增区。     

一种雪崩光电二极管自耦型偏压电源升压电路

设计采用自耦变换方法设计了一种适用于低电压的小型低功耗偏压电路,实现了5 V至100~600 V的变换,降低了对升压器件的耐压要求,简化了电路结构,也减小了探测电路体积和功耗,使得相关探测一类的应用得以小型化。     

Performance and Modeling of the MWIR HgCdTe Electron Avalanche Photodiode

The operation of the mid-wave infrared (MWIR) HgCdTe cylindrical electron injection avalanche photodiode (e-APD) is described. The measured gain and excess noise factor are related to the collection region fill factor. A two-dimensional diffusion model calculates the time-dependent response and steady-state pixel point spread function for cylindrical diodes, and predicts bandwidths near 1 GHz for small geometries. A 2 μm diameter spot scan system was developed for point spread function and crosstalk measurements at 80 K. An electron diffusion length of 13.4 μm was extracted from spot scan data. Bandwidth data are shown that indicate bandwidths in excess of 300 MHz for small unit cells geometries. Dark current data, at high gain levels, indicate an effective gain normalized dark density count as low as 1000 counts/μs/cm² at an APD gain of 444. A junction doping profile was determined from capacitance–voltage data. Spectral response data shows a gain-independent characteristic.     

吸收层与倍增层分离的4H-SiC雪崩光电探测器

设计和制备了吸收层和倍增层分开的4H-SiC穿通型雪崩紫外光电探测器.设计器件的倍增层和吸收层厚度分别为0.25和1μm.采用multiple junction termination extension(MJTE)方法减少器件的电流集边效应和器件表面电场.对器件的暗电流、光电流和光谱响应进行了测量.器件在55V的低击穿电压下获得了一个高的增益(＞104);穿通前器件暗电流约为10pA数量级;0V偏压下器件光谱响应的紫外可见比大于103.光谱响应的峰值波长随反向偏压的增大而向短波方向移动,在击穿电压附近光谱响应的峰值波长移到210nm,此波长远远小于在0V时的响应峰值.结果显示器件在紫外光探测中具有优良的性能.     

微弱光信号探测APD处理电路设计

雪崩光电二极管(APD)具备微弱光信号探测性能,其相关处理电路的设计直接关乎APD探测能力的大小。分析了APD光电探测器工作原理、自身特性及外界影响因素,研究了APD工作电路的组成与最佳工作电路的设计问题。后期信号处理阶段,设计了APD信号放大处理电路,满足了低噪声、带宽匹配,微弱信号放大的要求。在APD微弱光信号探测领域具有一定的意义。     

基于硅雪崩光电二极管的紫外盖革模式电路的研制

本文旨在研制盖革模式电路并在两种紫外光照射下测试电路性能,为紫外通信提供数据参考.研制了适用于硅雪崩光电二极管(APD)的主动、被动两种盖革模式电路,设计并实现了输出可调至300.0 V的高稳定直流高压偏置电源,实测纹波电压小于20.4mV,纹波系数小于6.8×10-5.分别在可见盲和日盲两种紫外光照下,测试了被动盖革模式APD的死时间、暗计数和光子计数,给出了被动盖革模式工作的较佳高压偏置范围;紫外光照下,被动盖革模式APD的电路输出脉冲的死时间为1.0μs.基于被动盖革模式电路测试的参数,研制了主动盖革模式电路,实验结果表明:主动盖革模式电路输出脉冲的死时间为102.0 ns,光子计数的上限由被动盖革模式的1.0 MHz提高到主动盖革模式的9.8 MHz.因此主动盖革模式电路在数据传输时有更高的传输带宽,预计可满足一些图像传输或者视频通信的基本要求.     

基于等效电路模型的雪崩光电探测器特性分析

为了精确模拟雪崩光电探测器(APD)的特性,提出了一种APD等效电路模型。文中首先从APD载流子速率方程出发,同时考虑芯片寄生参量和封装寄生参量的影响,得到了APD的等效电路模型,进而基于该电路模型在PSpice软件中分析了APD的光脉冲响应特性、频率响应特性、噪声特性和增益带宽特性。     

硅基雪崩光电二极管技术及应用

硅基雪崩光电二极管是一种可用于对微弱光甚至单光子进行探测的光电器件,被广泛应用于激光测距、激光成像、量子通信和生物医疗等领域.从工作原理、常见结构和分类3个方面对硅基雪崩光电二极管的技术进行分析,并对其性能发展趋势进行阐述,最后介绍了硅基雪崩光电二极管的应用.     

中红外波段雪崩光子探测器研究进展

近年来,中红外雪崩光电二极管(APD)阵列,以其高增益、高灵敏度和高速探测的优点,成为光纤通信、三维激光雷达成像、天文物理以及大气观测等应用的重要器件.本文具体介绍了中红外雪崩光电探测器的结构和探测原理,对其结构参数相关的性能以及优缺点进行了详细介绍,并展望其发展前景,同时介绍了一些中波红外雪崩光子探测器研究和应用进展.     

Equivalent Circuit Model for Si Avalanche Photodetectors Fabricated in Standard CMOS Process

We present an equivalent circuit model for CMOS-compatible avalanche photodetectors. The equivalent circuit model includes an inductive component for avalanche delay, a current source for photogenerated carriers, and several components that model the device structure and parasitic effects. The model provides accurate impedance characteristics and photodetection frequency responses.     

雪崩光电二极管芯片自动测试系统

利用Keithley 2400源表、AV6381可编程光衰减器、AV 38124 1 550 nm单模半导体激光器和TZ-608B型光电屏蔽探针台搭建雪崩光电二极管芯片自动测试系统.在Labview环境下开发了自动测试软件,通过软件控制测量仪表,实现了雪崩光电二极管芯片的击穿电压、暗电流、穿通电压及10倍增益工作点电压的自动测试及合格判定.探针台可以根据测量系统反馈的判定结果对不合格芯片进行NG标记,方便划片后对不合格芯片进行筛选和剔除.建立的自动测试系统准确性高,测试速度快,软件操作方便,显示结果直观.同时可以实现测试参数的自动存储,方便进行统计过程控制(SPC)分析.     

日盲单光子紫外探测器的发展

对于诸如高超音速飞行器的早期探测和预警、以及在日盲紫外波段的应用等非常微弱信号的探测来说,可以光子计数的单光子探测器特别令人感兴趣.雪崩光电二极管( APD)具有高速度、高灵敏度和光学增益大等优点.AlGaN合金易于通过改变摩尔组分来选择截止波长.对于在日盲波段实现单光子灵敏度而言,AlGaN APD是最有希望的半导体器件技术.通过对近年来的国内外相关文献资料的归纳分析,介绍了日盲AlGaN探测器的概念,比较了高超音速飞行器的红外与日盲紫外辐射特征,介绍了基于盖革模式与线性模式APD的日盲紫外单光子探测器的发展动态.