In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管的数值模拟研究

建立了SACM型In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As雪崩光电二极管(APD)的分析模型,通过数值研究和理论分析设计出高性能的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As APD。器件设计中,一方面添加了In0.52Al0.48As势垒层来阻挡接触层的少数载流子的扩散,进而减小暗电流的产生;另一方面,雪崩倍增区采用双层掺杂结构设计,优化了器件倍增区的电场梯度分布。最后,利用ATLAS软件较系统地研究并分析了雪崩倍增层、电荷层以及吸收层的掺杂水平和厚度对器件电场分布、击穿电压、IV特性和直流增益的影响。优化后APD的单位增益可以达到0.9 A/W,在工作电压(0.9 Vb)下增益为23.4,工作暗电流也仅是纳安级别(@0.9 Vb)。由于In0.52Al0.48As材料的电子与空穴的碰撞离化率比InP材料的差异更大,因此器件的噪声因子也较低。     

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。     

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.     

超晶格雪崩光电二极管的结构优化及性能研究

基于碰撞离化理论研究了异质材料超晶格结构对载流子离化率的作用,设计得到In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As超晶格结构的雪崩光电二极管。通过分析不同结构参数对器件性能的影响,得到了低隧道电流、高倍增因子的超晶格结构雪崩层,根据电场分布方程模拟了器件二维电场分布对电荷层厚度及掺杂的依赖关系,并优化了吸收层的结构参数。对优化得到的器件结构进行仿真并实际制作了探测器件,进行光电特性测试,与同结构普通雪崩光电二极管相比,超晶格雪崩光电二极管具有更强的光电流响应,在12.5~20 V的雪崩倍增区,超晶格雪崩光电二极管在具备高倍增因子的同时具有较低的暗电流,提高了器件的信噪比。     

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.     

In0.53Ga0.47As/InP高速光电二极管材料生长及光电性能

利用低压MOCVD技术制备PIN结构的InP基InGaAs外延材料。采用分层吸收渐变电荷倍增(SAGCM)结构,通过两次Zn扩散、多层介质膜淀积、Au/Zn p型欧姆接触、Au/Ge/Ni n型欧姆接触等标准半导体平面工艺,设计制造正入射平面In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP雪崩光电二极管器件。该器件采用与InP衬底晶格匹配的In_(0.53)Ga_(0.47)As材料做吸收层,InP材料做倍增层,同时引入InGaAsP梯度层。探测器件光敏面直径50μm,器件测试结果表明该器件光响应特性正常,击穿电压约43 V,在低于击穿电压3 V左右可以得到大约10 A/W的光响应度,在0 V到小于击穿电压1 V的偏压范围内,暗电流只有1 nA左右。光电二极管在8 GHz以下有平坦的增益,适用于5 Gbit/s光通信系统。     

InGaAs/InP雪崩光电探测器异质结结构优化分析

根据一个吸收层、电荷层和倍增层分立结构(SACM)的InGaAs/InP雪崩光电探测器,减薄电荷层的厚度而引入渐变层,保持材料与厚度不变,改进成吸收层、电荷层、过渡层与倍增层分立结构(SAGCM)的雪崩光电探测器,优化了吸收层与倍增层间材料的异质结结构.采用APSYS软件对其能带结构、电场分布以及暗电流和1.55μm的脉冲光响应电流、增益等进行仿真与计算.对比两种器件的性能,结果分析表明,改进后的器件获得更低的穿通值电压,降低探测器在低偏压下的漏电流,同时得到更大的增益.     

新型有机电致蓝色磷光器件的研究

设计了一种Ge/Si波导集成型雪崩光电二极管(APD)。器件采用将Si波导层置于Ge吸收层之下的结构,光经波导层进入吸收层只需一次耦合,降低了光的损耗,提高了光的吸收率和光电流。采用silvaco软件对器件的结构和性能进行仿真,结果表明:器件的雪崩击穿电压为-28V,最大内量子效率达到89%,在1.15~1.60μm范围内具有较高响应度,峰值波长位于1.31μm,单位响应度最高达0.74A/W,3dB带宽为10GHz。 更多还原     

带缓冲层的新型InGaAs异质结构APD

<正> 日本KDD研究和发展实验室提出了一种新型异质结构雪崩光电二极管,并且已用液相外延和锌扩散方法成功地制造了这种器件。这种器件是由InP衬底上连续生长三层的外延片所构成,即In_(0.53)Ga_(0.47)As光吸收层、InGaAsP缓冲层和InP雪崩倍增层。器件在0.9V_B下暗电流密度达到1×10~(-4)A/cm~2,当用1.15μm的光照时,二极管的最大倍增增益为880,外量     

用凹槽增加光电二极管吸收长度

日本电报电话公司 (NTT)光子学实验室的研究人员在高速单向移动载流子光电二极管中结合定角全内反射镜 ,将器件效率提高 50 %。反射镜在In P衬底背面包含一充气凹槽 ,在衬底背面远离凹槽一侧制作光电二极管。光通过 In P,经多次反射后离开凹槽 ,与法线成 56°角打在光电二极管上。光电二极管对于垂直入射光有 4 70 nm厚的吸收层。倾斜入射将吸收长度增到原来的 1.8倍。器件显示 0 .6 5A/ W的灵敏度 ,58GHz带宽 3d B,1.55μm波长时输出电压 5V。外量子效率超过50 %。该器件输出电压足够高 ,可直接驱动铌酸锂和电致吸收调制器 ,可用于通…     

Ge/Si波导集成型APD器件的仿真分析

设计了一种Ge/Si波导集成型雪崩光电二极管(APD).器件采用将Si波导层置于Ge吸收层之下的结构,光经波导层进入吸收层只需一次耦合,降低了光的损耗,提高了光的吸收率和光电流.采用silvaco软件对器件的结构和性能进行仿真,结果表明:器件的雪崩击穿电压为-28 V,最大内量子效率达到89％,在1.15～1.60 μm范围内具有较高响应度,峰值波长位于1.31μm,单位响应度最高达0.74 A/W,3 dB带宽为10 GHz.     

110～200GHz频段InP单行载流子光电二极管

设计制备了一种基于InP材料低偏压工作的单行载流子光电二极管(UTC-PD),该器件的工作频率范围为110～200 GHz。为提升器件的带宽特性，UTC-PD芯片的吸收层采用p型高斯掺杂的InGaAs材料，芯片的InP衬底减薄至12μm。UTC-PD采用背照式的方式输入光信号。通过倒装焊的形式将芯片安装在厚度为50μm的AlN基片上的共面波导焊盘上进行测试。在-3 V偏压和1.55μm波长输入光条件下，制备器件的响应度超过0.2 A/W;在110 GHz处获得最高输出功率为-5.6 dBm, 197.83 GHz处的输出功率最低为-10.6 dBm。     

基于APD参数建模的单光子探测研究

单光子探测技术对于量子密钥分配乃至量子通信有重要的意义。针对单光子雪崩光电二极管（SPADs）的单光子量子效率（SPQE）,提出了一种严格的数学模型。模型适用于工作波长为1.3和1.5um的In052Al048As、InP倍增层和In052Al048As-InP异质结倍增层的SPADs。模型作为器件结构、工作电压、倍增层材料的函数,可用来优化SPQE,进而评估和优化盖革模式下APDs的性能。     

一种25Gbit/s背入射高速InAlAs雪崩光电二极管

设计并制备了一种面向25 Gbit/s长距离传输用背面进光高速InAlAs雪崩光电二极管(APD),芯片采用垂直台面吸收-渐变-电荷-倍增层分离(SAGCM)结构,通过刻蚀工艺形成三层台面,将电场限制在最大台面倍增层的中心,有效降低了台面边缘击穿风险。器件采用倒装焊结构,背面集成微透镜,以提高光耦合孔径。研制的APD芯片在增益M=1时,对1310 nm波长光的响应度为0.84 A/W;在M=10时,3 dB带宽达到19 GHz;增益带宽积为180 GHz;在5×10^(-5)误码率下最佳灵敏度为-22.3 dBm,可支持100GBASE-ER4通信标准。     

极化调控AlGaN基日盲紫外雪崩光电二极管性能优化

通过数值模拟研究了各层参数对极化调控的背入射异质结分离吸收倍增层型AlGaN基雪崩光电二极管(APDs)性能的影响,并详细分析相关物理机制。计算结果表明:参数的优化有利于降低APDs的雪崩击穿电压,提高倍增因子。特别是对于P-GaN层AlGaN雪崩光电二极管,倍增因子增加可超过300%,这是由于该雪崩光电二极管的GaN/Al0.4Ga0.6N异质界面的强极化电荷调节了倍增层、中间插入层、吸收层的电场分布,增加了载流子的注入和倍增效率,同时还由于参数优化减小了倍增时的暗电流。     

长波长光纤系统的改进型雪崩光电二极管

本文评述了长波长光纤系统的改进型Ge雪崩光电二极管(Ge-APD)和InGaAs/InP雪崩光电二极管(InGaAs/InP-APD)。P~ -n型和n~ -n-p~ 型锗雪崩光电二极管在1.0～1.5μm波长区比通常的n~ -p型Ge-APD的倍增噪声低。吸收区和倍增区分开的InGaAs/InP—APD在1.0～1.6μm波长区比Ge—APD有较低的暗电流和较低的倍增噪声。这种雪崩光电二极管与Ge雪崩光电二极管相比能改进3～4dB的最小可探测功率。     

高速InP/InGaAs雪崩光电二极管

采用分层吸收渐变电荷倍增(SAGCM)结构,通过两次扩散、多层介质淀积、AuZn p型欧姆接触、AuGeNi n型欧姆接触等工艺,设计制造了正面入射平面InP/InGaAs雪崩光电二极管,器件利用InGaAs做吸收层,InP做增益层,光敏面直径50 μm;测试结果表明器件有正常的光响应特性,击穿电压32～42 V,在低于击穿电压2 V左右可以得到大约10A/W的光响应度,在0到小于击穿电压1 V的偏压范围内,暗电流只有1 nA左右;器件在2.7 GHz以下有平坦的增益.     

一种高带宽NP 型CMOS APD 的研究

提出了一种高带宽的硅基CMOS雪崩光电二极管(APD)器件。该器件在N阱/P衬底基本结构的基础上,增加一个N型深掩埋层,并在该掩埋层单独加上电压,以减小载流子的输运时间。通过理论分析确定了器件的结构参数,通过器件性能的仿真分析对相关参数进行了优化设计。仿真结果表明:采用标准0.18 m CMOS工艺,所设计的APD器件的窗口尺寸大小为20 m20 m,在反向偏压为16.3 V时,器件的雪崩增益为20,响应度为0.47 A/W,3 dB带宽为8.6 GHz。     

增益和速度俱佳的雪崩光电二极管

一种新型雪崩光电探测器（APD）在1．3和1．55μm波长处已显示高达35的电流增益和9GHz以上的3dB带宽。据加州大学圣巴巴拉分校的研究人员说，这些指标约为目前可购到的最优商品化器件增益-带宽积构3信和以前雪崩光电探测器增益-带宽积的2倍（图1）。高速光纤通讯需要快速探测器，高速时的灵敏探测器能使信号传输更长的距离。目前，高速时选用的探测器是PIN光电二极管，它快速但不特别灵敏。PIN器件一般与使输出放大的场效应晶体管（FET）配用，有时也用光学放大器来增大信号，然后再输到探测器。然而，这两种放大器增加了系统的费用和…     

SAGCM-APD增益影响因子分析与优化

应用二维漂移扩散模型研究具有分立吸收层、渐变层、电荷层和倍增层结构(SAGCM)的InGaAsP-InP雪崩光电探测器(APD),仿真分析了不同电荷层、倍增层厚度和掺杂浓度对电场分布、电流响应及击穿电压的影响,特别是参数变量对增益计算模型的影响,载流子传输过程的时间依赖关系和倍增层中所处位置的影响,仿真结果表明:较高掺杂浓度和较薄电荷层结构可以改变器件内部的电场分布,进而提高增益值.当入射光波长为1.55μm,光功率为500 W/m2时,光电流响应量级在10-2A;阈值电压降低到10V以下,击穿电压为42.6V时,器件倍增增益值大于100.