英特尔公司在硅基雪崩光电探测器件研究中取得重要进展

英特尔公司12月8日宣布在硅基雪崩光电探测器（Silicon-based Avalanche Photodetector）研究方面实现了创纪录的商陛能,这款雪崩光电探测器使用硅和CMOS工艺实现了有史以来最高的340GHz“增益-带宽积”。     

光通信中的主流光电探测器研究

对光通信系统解复用接收部分中的关键器件——主流光电探测器进行综合比较、优缺点分析与展望．分别对PIN光电探测器,普通雪崩二极管,超品格雪崩二极管,波导型光电探测器,振腔增强型光电探测器,金属-半导体-金属光电探测器的原理和特点做了简要概括,并做系统比较,最后对光电探测器发展前景进行展望．     

可作光子计数的雪崩光电二极管

对于光电倍增管不适用的高灵敏度弱光探测应用，存在一种固体替代器件，即雪崩光电二极管。这种器件在半导体内产生光电倍增，而光电倍增管在真空中产生电子倍增。雪崩光电二极管具有与半导体技术有关的微型化优点。由于这种器件能对单光子计数和探测很短时间间隔，它们已在光雷达、测距仪探测器和超灵敏光谱学方面找到日益增长的应用。另外，雪崩光电二极管在光纤通讯方面正与PIN光电二极管相竞争。雪崩光电二极管如何工作与任何光电二极管，样，雪崩光电二极管中由两类半导体组成的p-n结只允许电流在一个方向流动。光电二极管由一个掺有…     

用PIN探测器进行激光雷达参考光检测

可靠准确的参考光检测是提高直接测距型激光主动成像系统测距精度的关键因素之一,对基于PIN探测器的参考光检测电路设计进行了深入研究。首先,对比分析了雪崩光电二极管（APD）和PIN光电二极管性能及其供电电路的难度。综合考虑参考光功率稳定特性及参考光光路设计难度,选择PIN探测器进行激光雷达参考光检测。详细分析了高压集成芯片LT3482作为常规电源和利用电流监测模式驱动PIN探测器时的差别。选择高增益带宽积跨阻放大器OPA657N实现PIN探测器电流电压转换,对其关键外围元件参数的选取进行了详细分析。同时介绍了超高速比较器MAX9601的应用注意事项。最后,设计了电路板并进行实验验证。结果表明:对脉冲为10 ns的激光光源,当PIN探测器施加89.449 V的偏置电压时,其输出电流信号经跨阻放大器后电压幅值达到-3.7 V,可保证起始信号可靠检出,但脉冲展宽为15 ns。整个模块可有效给出参考光对应的计时起始信号。基于集成高压芯片驱动的PIN探测器配合恒定阈值时刻鉴别方法在直接测距型激光主动成像系统参考光检测中是切实可行的。     

具有优化倍增层InAlAs/InGaAs雪崩光电二极管

通过优化倍增层的厚度,研究了InAlAs/InGaAs雪崩光电二极管增益带宽积和暗电流之间的关系。利用仿真计算得出200 nm厚的倍增层能够改善增益带宽积并降低暗电流。制成的InAlAs/InGaAs 雪崩光电二极管性能优异,与计算趋势一致。在获得0.85 A/W的高响应和155 GHz的增益带宽积的同时,器件暗电流低于19 nA。这项研究对雪崩光电二极管在未来高速传输的应用具有重要意义。     

GaN基雪崩光电二极管及其研究进展

越来越多的民用与军事对高灵敏度紫外探测的需求促进了GaN基雪崩光电二极管（APD）的快速发展。雪崩光电二极管工作在高反偏电压状态,器件内部载流子在高场下发生碰撞离化,从而使探测信号产生增益。首先对GaN基雪崩光电二极管的研究进展进行了回顾,然后重点报道了器件的增益最大可达3105,介绍了本征层厚度与器件暗电流的关系,简单介绍了正在组建的基于相敏探测的交流增益测试系统,并研究了过剩噪声与调制频率之间的关系,发现在低频波段（30~2kHz）,过剩噪声呈现1/f噪声特性。最后,对盖革模式的雪崩光电二极管的研究进展及应用前景进行了简单介绍。     

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.     

Gb/s级APD光接收机

高速雪崩光电二极管和高灵敏度接收机是未来的Gb/s级光通信系统的重要组成部分。本文论述了高速Ⅲ-Ⅴ族雪崩光电二极管的理论和实验特性,以及用场效应晶体管(FET)和双极晶体管放大器组成的Gb/s级光接收机。特别讨论了APD增益带宽积以及对高速接收机灵敏度的影响。对目前比特率高达8Gb/s的接收机灵敏度测量值和理论计算结果进行了比较。     

一种硅基雪崩光电探测器的研究

硅基雪崩光电探测器（Si-APD）性能参数的研究可以优化改进器件结构的设计,而结构设计直接影响雪崩光电探测器的光电特性。本文针对Si基雪崩光电探测器的性能参数和器件结构进行研究,提出了改善器件性能参数的工艺方法,最终设计了一种硅基雪崩光电探测器结构。     

标准Ge-on-SOI工艺全差分光电探测器(本期优秀论文)

基于IME标准Ge-on-SOI工艺提出了一种全差分光电探测器结构,由定向耦合偏振分束器与锗垂直PIN光电探测器组成,可将一路由单模光纤输入的高速1550nm光信号转换为一对高速差分电信号.分析并设计了具体结构,进行了器件模拟,模拟得到定向耦合偏振分束器TE波与TM波的消光比分别为-16.7dB与-15.7dB,锗垂直PIN光电的响应度与带宽分别为0.42A/W与6.51GHz.     

国内外光通信用光电探测器新进展

光电探测器是光通信中接收光信号的核心器件。目前．光通信正在向高速、大容量、宽带、长距、低成本方向迅速发展．也推动了光电探测器的快速迅猛发展。自进入新世纪以来．国内外光电探测器技术已取得许多新进展．从可见光到近红外波段的普通器件已十分成熟。     

我国半导体光电检测器件的发展动态

本文主要叙述我国半导体PIN光电二极管、雪崩光电探测器的生产能力,科研水平、科研成果和科研方向,技术转出隋况,器件应用和市场预测及前景展望.     

氮化镓基雪崩光电二极管的研制

文章简单回顾了氮化镓基雪崩光电二极管的发展现状，从制作高响应率、低漏电流的雪崩器件出发，详细阐明了制作氮化镓基雪崩光电二极管的工艺过程，特别考虑了干法刻蚀带来的物理损伤以及后续的消除损伤处理。由于雪崩器件对于材料的质量具有较苛刻的要求，因此特别对材料进行了必要的筛选。通过一系列工艺上的改进，成功地制作出国内第一只氮化镓基雪崩光电二极管，器件的光敏面直径是40μm；并对其进行了光电性能测试。测试结果表明，当反向偏压是58V时，漏电流大约是1．18×10-7A，雪崩增益是3。     

短波长OEIC光接收机前端设计及制作

基于国内的材料和工艺技术,研制出850 nm单片集成光接收机前端,集成形式包括PIN/TIA、PIN/DA、MSM/TIA和MSM/DA等.对光探测器和电路分别进行了研究和优化.通过Silvaco软件,建立了探测器器件模型,并通过实验数据验证.分布放大器-3 dB带宽接近20 GHz,跨阻增益约46 dBΩ,输入、输出驻波比均小于2,噪声系数在3.03～6.5 dB之间.跨阻前置放大器-3 dB带宽接近10 GHz,跨阻增益约43 dBΩ,输入、输出驻波比均小于3.5,噪声系数在4～6.5 dB之间.集成芯片最高工作速率达到5 Gb/s.     

10Gbit/s InGaAs/InP雪崩光电二极管

基于InGaAs/InP吸收区、渐变区、电荷区和倍增区分离雪崩光电二极管(SAGCMAPD)器件结构,利用数值计算方法,模拟了各层参数对器件频率响应特性的影响.模拟结果表明,吸收层、倍增层厚度及电荷层面电荷密度可影响器件的-3 dB带宽;随增益的增加,器件带宽会逐渐降低;电荷层面电荷密度对器件击穿电压有明显影响.结合此模拟结果,制作出了高速InGaAs/InP雪崩光电二极管,并对器件进行了封装测试.测试结果表明,该结果与模拟结果相吻合.器件击穿电压为30 V;在倍增因子为1时,器件响应度大于0.8 A/W;在倍增因子为9时,器件暗电流小于10 nA,-3 dB带宽大于10 GHz,其性能满足10 Gbit/s光纤通信应用要求.     

国外1.3～1.6μm光纤通信系统用超高速(ps)光电探测器概述

超高速 ps 光电探测器,主要指响应时间 t<100ps 的 PIN—PD、APD 及其带 FET 前置放大器的混合接收组件。本文主要介绍美国、日本、英国等研制的1.3～1.6μm 光纤通信系统用 ps 光电探测器结构、制作工艺、器件特性和发展概况,同时给出这些 ps 光电探测器试用于数 Gb/s 高速数字光纤通信系统的结果。     

雪崩光探测器的研究新进展

光探测器（PD）是光通信系统的核心器件。现有的通信用PD包括PIN—PD和雪崩光探测器（Avalanche photodetector,APD）。PIN—PD即使在最大响应度的条件下,一个光子最多也只能产生一个电子一空穴对,是一种无内部增益的器件;APD对光电流的放大作用是基于电离碰撞效应：在高反向电场的作用下．被加速的初始电子或空穴获得足够的能量,能够使晶格离化。     

氮化镓基雪崩光电二极管的研制

文章简单回顾了氮化镓基雪崩光电二极管的发展现状，从制作高响应率、低漏电流的雪崩器件出发，详细阐明了制作氮化镓基雪崩光电二极管的工艺过程，特别考虑了干法刻蚀带来的物理损伤以及后续的消除损伤处理。由于雪崩器件对于材料的质量具有较苛刻的要求，因此特别对材料进行了必要的筛选。通过一系列工艺上的改进，成功地制作出国内第一只氮化镓基雪崩光电二极管，器件的光敏面直径是40μm；并对其进行了光电性能测试。测试结果表明，当反向偏压是58V时，漏电流大约是1．18×10^-7A，雪崩增益是3。     

波导雪崩光电二极管有望用于1550 nm光

美国德克萨斯大学和朗讯科技公司的研究人员用端照射波导结构制作了波导约束 In Ga As/ In Al As雪崩光电二极管 (APD)。该器件综合了波导与雪崩光电二极管的特征 ,可望用作对 1.55μm通信波段快速灵敏的光电二极管。该器件建立在独立吸收负载倍增 (SACM)电路的基础上 ,全增益带宽 2 7GHz,增益 -带宽乘积 12 0 GHz。因为 In Al As可透过 1.55μm光 ,且过量噪声低 ,所以选它作器件的倍增区和包覆材料。在 In P衬底和缓冲层上用分子束外延生长各层。完全的波导独立吸收负载倍增雪崩光电二极管在 90 %击穿时暗电流保持在 50 n A以下 …     

一种高带宽、高电源抑制比的跨阻放大器

光电探测器是激光雷达的核心器件,通常由雪崩光电二极管(APD)阵列和相应的读出电路组成。跨阻放大器是读出电路的关键部分,其性能在很大程度上决定光电探测组件的性能。基于0.18μm CMOS工艺,针对大输入电容线性APD阵列的应用,设计了一种高增益、高带宽、高电源抑制比的跨阻放大器。基于无源反馈和有源前馈的补偿方式拓展了跨阻放大器带宽,同时实现了高增益和高带宽;设计了具有高电源抑制比的片上无电容低压差稳压器,提高了跨阻放大器的稳定性。仿真结果表明:跨阻增益为104.7 dB·Ω,带宽为198.8 MHz,等效输入噪声电流为3.65 pA·Hz~(-1/2),低频电源抑制比为-57.8 dB,全带宽范围内电源抑制比低于-10.6 dB。