APD探测器国内外研究现状
时间:2017-05-22 22:00 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| Si材料技术是一种成熟技术，广泛应用于微电子领域，但并不适合制备目前光通信领域普遍接受的1.31mm，1.55mm波长范围的器件。2) Ge材料 Ge材料的 APD虽然光谱响应适合光纤传输低损耗、低色散的要求，但在制备工艺中存在很大的困难。而且，Ge的电子和空穴的离化率比率接近1，因此很难制备出高性能的APD器件。 3)In0.53Ga0.47As/InP材料9026 选择In0.53Ga0.47As作为APD的光吸收层，InP作为倍增层，是一种比较有效的方法。In0.53Ga0.47As材料的吸收峰值在1.65mm, 在1.31mm,1.55mm 波长有约为104cm-1高吸收系数，是目前光接收机吸收层首选材料。In0.53Ga0.47As光电二极管比起Ge光电二极管，有如下优点：（1）In0.53Ga0.47As是直接带隙半导体，吸收系数高；（2）In0.53Ga0.47As介电常数比Ge小，要得到与Ge光电二极管相同的量子效率和电容，可以减少In0.53Ga0.47As耗尽层的厚度，因此可以预期In0.53Ga0.47As/InP光二极管具有高的效应和响应；（3）电子和空穴的离化率比率不是1，也就是说In0.53Ga0.47As/InP APD噪声较低；（4）In0.53Ga0.47As与InP晶格完全匹配，用MOCVD方法在InP衬底上可以生长出高质量的In0.53Ga0.47As外延层，可以显著的降低通过p-n结的暗电流。（5）In0.53Ga0.47As/InP异质结构外延技术，很容易在吸收区生长较高带隙的窗口层，由此可以消除表面复合对量子效率的影响。 4)InGaAsP/InP材料 选择InGaAsP作为光吸收层，InP作为倍增层,可以制备响应波长在1-1.4mm，高量子效率，低暗电流，高雪崩增益得的APD。通过选择不同的合金组分，满足对特定波长的最佳性能。 5) InGaAs/InAlAs In0.52Al0.48As材料带隙宽（1.47 eV），在1.55 mm 波长范围不吸收，有证据显示，薄In0.52Al0.48As外延层在纯电子注入的条件下，作为倍增层材料，可以获得比InP更好的增益特性。 6) InGaAs/InGaAs（P）/InAlAs和InGaAs/In（Al）GaAs/InAlAs 材料的碰撞离化率是影响APD性能的重要因素。研究表明，可以通过引入InGaAs（P）/InAlAs和 In（Al）GaAs/InAlAs超晶格结构提高倍增层的碰撞离化率。应用超晶格结构这一能带工程可以人为控制导带和价带值间的非对称性带边不连续性，并保证导带不连续性远远大于价带不连续性（ΔEc>>ΔEv）。与InGaAs体材料相比，InGaAs/InAlAs量子阱电子离化率(a)明显增加，电子和空穴获得了额外能量，由于ΔEc>>ΔEv，可以预期电子所获得的能量使电子离化率的增加量远远大于空穴能量对空穴离化率(b)的贡献，电子离化率与空穴离化率的比率（k）增加。因此，应用超晶格结构可以获得大的增益-带宽积（GBW）和低噪声性能。然而，这种可以使k值增加的InGaAs/InAlAs量子阱结构APD很难应用在光接收机上。这是因为影响最大响应度的倍增因子受限于暗电流，而不是倍增噪声。在此结构中，暗电流主要是由窄带隙的InGaAs阱层的隧道效应引起，因此，引入宽带隙的四元合金，比如InGaAsP或InAlGaAs,代替InGaAs作为量子阱结构的阱层可以抑制暗电流。研究表明，InAlGaAs/InAlAs量子阱结构的平均能隙为1.32 eV, InAlGaAs和InAlAs的带隙值分别为1.13 eV和1.47 eV,量子阱结构的能隙值介于InAlGaAs和InAlAs的带隙值之间。量子阱结构的空穴离化率近似等于InAlGaAs和InAlAs空穴离化率的平均值，因此InAlGaAs/InAlAs结构的空穴离化率可以用带隙差来很好的解释。然而对于电子离化率来说，量子阱结构比InAlGaAs和InAlAs的值都大。这种差异表明电子碰撞离化率的增加是由于大的导带差（ΔEc）引起的。在InGaAsP/InAlAs 异质结中，这种大的导带差更为明显，而价带的差异通过P的引入几乎消失，预期InGaAsP/InAlAs APD具有更大的电子碰撞离化率。 1.2.2 APD探测器结构的演化 (责任编辑：qin) |