Ge/Si波导型雪崩光电二极管研究
发布时间：2021-01-03 07:48
随着外延技术的发展,可用于近红外光探测且能与CMOS工艺集成的Ge/Si波导（Waveguide,WG）雪崩光电二极管（Avalanche Photodiode,APD）成为了研究热点。一方面,它利用Ge作为吸收层材料,可以拓展器件的波长探测范围;另一方面,它结合WG和APD的优势,使器件具备高响应度和高带宽的特点。同时,随着光电子集成电路的发展,要求Ge/Si WG APD能实现与光纤的耦合。所以,本文采用绝缘衬底上的硅（Silicon-On-Insulator,SOI）WG设计WG APD,SOI WG可以在衬底上与锥形波导结构结合从而实现与光纤的耦合。此外,SOI WG不仅能减小衬底吸收现象,还能实现与光电子集成电路的高度集成。同时本文采用吸收区-电荷区-倍增区分离的APD结构,在这种结构中,光子吸收和载流子倍增分别发生在不同区域,互不干扰,能够提高APD的性能。本文具体研究内容如下:首先,器件的设计和性能仿真。在分析了Ge/Si异质结、WG理论和APD理论的基础上,从与光纤的耦合角度出发设计了Ge/Si WG APD器件的结构;并从SOI WG对芯层尺寸和掺杂的要求,以及APD...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Si上外延生长Ge的照片
硕士学位论文 光电探测器的于禁带宽度过大而呈现明显的劣势，在近红外波段V)不足以克服 Si 的带隙和诱导电子空穴对，即不会有光电料禁带宽度gE与其所能探测波长的关系，可以算出 Si 材长为 1.1μm。图 2.10 给出了不同材料的光吸收系数。 1240gnmE
37(c) 吸收层掺杂为15 -31 10 cm(d) 吸收层掺杂为16 -31 10 cm图 3.7 吸收层掺杂对电场分布的影响吸收层厚度对器件光电流、响应度和响应速度起着重要作用。Ge 吸收系数 a为6 -11 10 m，在 Ge/SiSACM-APD 中，入射光为 1.2μm 时，吸收区宽度至少要取到 1μm 以上才能保证量子效率[42]。而在波导结构中，吸收层不需要那么厚，典型取 0.4~0.7μm。吸收层的电场强度不能太高，这是因为绝不允许载流子的倍增发生在吸收层，同时要避免光生载流子与材料内部的杂质发生复合作用；吸收层的电场
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ge/Si SACM-APD器件分析[J]. 王巍,颜琳淑,王川,杜超雨,王婷,王冠宇,袁军,王振. 红外与激光工程. 2015(04)
[2]激光3D成像系统主被动探测技术的研究进展[J]. 唐晓燕,高昆,倪国强. 激光与红外. 2013(09)
[3]基于等效电路模型的APD特性分析[J]. 崔洋,孙华燕,齐莹莹. 四川兵工学报. 2013(08)
[4]硅基光波导材料的研究[J]. 陈媛媛. 激光与红外. 2010(08)
[5]硅基锗材料的外延生长及其应用[J]. 聂辉文,成步文. 中国集成电路. 2010(01)
[6]硅基波导共振增强型光电探测器的设计与模拟[J]. 陈荔群,李成. 半导体学报. 2006(08)
博士论文
[1]锗硅异质结晶体管及其微波低噪声放大器技术研究[D]. 贾素梅.河北工业大学 2013
[2]Ge/Si异质结及其光电探测器特性研究[D]. 魏莹.兰州大学 2012
硕士论文
[1]新型台面结构硅基雪崩光电二极管的研究[D]. 崔文凯.北京工业大学 2014
[2]垂直方向耦合光波导探测器的研究[D]. 古燕西.电子科技大学 2013
[3]基于APD的光子成像技术研究[D]. 杨平.长春理工大学 2013
[4]用于光通信的波导光探测器（WGPD）的性能研究[D]. 何文君.北京邮电大学 2013
[5]隧穿晶体管和纳米线晶体管的模型与模拟[D]. 曹伟.复旦大学 2011
[6]光探测器等效电路模型的建立与参数提取[D]. 许文彪.电子科技大学 2011
[7]掺锗光子晶体光纤特性研究[D]. 王旭东.重庆大学 2011
[8]硅光电探测器特性分析与实验研究[D]. 黄敏敏.扬州大学 2011
[9]可见光波段硅基微纳光波导滤波器及硅光电探测器研究[D]. 朱云鹏.浙江大学 2011
[10]光束传输法模拟磁光材料光波导[D]. 陈凯.电子科技大学 2007
本文编号：2954602
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Si上外延生长Ge的照片
硕士学位论文 光电探测器的于禁带宽度过大而呈现明显的劣势，在近红外波段V)不足以克服 Si 的带隙和诱导电子空穴对，即不会有光电料禁带宽度gE与其所能探测波长的关系，可以算出 Si 材长为 1.1μm。图 2.10 给出了不同材料的光吸收系数。 1240gnmE
37(c) 吸收层掺杂为15 -31 10 cm(d) 吸收层掺杂为16 -31 10 cm图 3.7 吸收层掺杂对电场分布的影响吸收层厚度对器件光电流、响应度和响应速度起着重要作用。Ge 吸收系数 a为6 -11 10 m，在 Ge/SiSACM-APD 中，入射光为 1.2μm 时，吸收区宽度至少要取到 1μm 以上才能保证量子效率[42]。而在波导结构中，吸收层不需要那么厚，典型取 0.4~0.7μm。吸收层的电场强度不能太高，这是因为绝不允许载流子的倍增发生在吸收层，同时要避免光生载流子与材料内部的杂质发生复合作用；吸收层的电场
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ge/Si SACM-APD器件分析[J]. 王巍,颜琳淑,王川,杜超雨,王婷,王冠宇,袁军,王振. 红外与激光工程. 2015(04)
[2]激光3D成像系统主被动探测技术的研究进展[J]. 唐晓燕,高昆,倪国强. 激光与红外. 2013(09)
[3]基于等效电路模型的APD特性分析[J]. 崔洋,孙华燕,齐莹莹. 四川兵工学报. 2013(08)
[4]硅基光波导材料的研究[J]. 陈媛媛. 激光与红外. 2010(08)
[5]硅基锗材料的外延生长及其应用[J]. 聂辉文,成步文. 中国集成电路. 2010(01)
[6]硅基波导共振增强型光电探测器的设计与模拟[J]. 陈荔群,李成. 半导体学报. 2006(08)
博士论文
[1]锗硅异质结晶体管及其微波低噪声放大器技术研究[D]. 贾素梅.河北工业大学 2013
[2]Ge/Si异质结及其光电探测器特性研究[D]. 魏莹.兰州大学 2012
硕士论文
[1]新型台面结构硅基雪崩光电二极管的研究[D]. 崔文凯.北京工业大学 2014
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[3]基于APD的光子成像技术研究[D]. 杨平.长春理工大学 2013
[4]用于光通信的波导光探测器（WGPD）的性能研究[D]. 何文君.北京邮电大学 2013
[5]隧穿晶体管和纳米线晶体管的模型与模拟[D]. 曹伟.复旦大学 2011
[6]光探测器等效电路模型的建立与参数提取[D]. 许文彪.电子科技大学 2011
[7]掺锗光子晶体光纤特性研究[D]. 王旭东.重庆大学 2011
[8]硅光电探测器特性分析与实验研究[D]. 黄敏敏.扬州大学 2011
[9]可见光波段硅基微纳光波导滤波器及硅光电探测器研究[D]. 朱云鹏.浙江大学 2011
[10]光束传输法模拟磁光材料光波导[D]. 陈凯.电子科技大学 2007
本文编号：2954602
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