Ⅲ-Ⅴ族半导体雪崩光电二极管特性研究

发布时间：2021-07-24 13:33

　　雪崩光电二极管（Avalanche photodiode,APD）因为内部增益高、功耗低、体积小、工作频谱范围大等优势成为光纤通信系统中接收端的核心器件。为了探测不同波段的光信号,适应不同工作环境,科研人员已经研究了多种材料的APD,因此基于不同材料的APD都得到了长足的发展。III-V族半导体InP、InAl As由于其带隙较宽,常与带隙窄的半导体In_0.53Ga_0.47As,形成异质结APD。这种结构的APD具有增益高、噪声小等优点,很快成为当前研究的热点。以GaN为代表的Ⅲ族氮化物,作为宽禁带半导体,具有高的热稳定性和化学稳定性,常用来制作紫外光探测器件和大功率器件。本文主要针对III-V族半导体红外和紫外APD的工作特性展开研究。针对有自反馈机制的单光子雪崩光电二极管（Single photon avalanche diodes,SPAD）,本文模拟了SPAD工作中能带与电场随时间的变化过程,在理论上详细阐述了它的工作原理。此外,本文通过计算SPAD在不同偏压下输出电流随时间的变化关系,研究了它的响应时间与外加偏压的关系,发现外加电压... 

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

（a）PN结，（b）PIN结型APD的结构示意图和电场分布图

2. 吸收、倍增分离结构 APD吸收、倍增分离结构（SAM）和吸收、倍增、电荷层分离结构（SACM）APD的结构图如图1.2所示。SAM结构的APD具备倍增区和吸收区分离的特点[12,13]。

图 1.3 吸收、渐变、电荷、倍增分离（SAGCM）结构 APD 的器件结构示意图和电场分布图[20]响应速度。因为当器件的吸收层厚度减小时，相应地载流子的渡越时间也会减小，这样可以提高器件的响应速度。然而，要提高器件的量子效率，就必须要求吸收层有较高的厚度以保证入射的光子在吸收层中被充分吸收。因此，对于同一器件的吸收层，不可能同时满足有高的响应速度和量子效率。为了解决这一问题，可以引入谐振腔结构，这样就能保证吸收层在较薄的情况下依然有较高的量子效率，具有谐振腔结构的 APD 称为谐振增强型 APD。图 1.4 为谐振腔增强型 APD 结构

【参考文献】：
期刊论文
[1]GaN基PIN紫外探测器的质子辐照效应[J]. 白云,邵秀梅,陈亮,张燕,李向阳,龚海梅.  激光与红外. 2007(S1)
[2]吸收层与倍增层分离的4H-SiC雪崩光电探测器[J]. 朱会丽,陈厦平,吴正云.  半导体学报. 2007(02)
[3]光电效应的理论解释[J]. 张秀乔.  物理通报. 1999(07)
[4]InGaAs/InGaAsP/InP SAGM—APD暗电流与光倍增因子的温度特性[J]. 丁国庆.  光通信研究. 1990(04)

博士论文
[1]Ⅲ族氮化物的极化效应及其在光电子器件中的应用[D]. 董可秀.南京大学 2013

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]APD电路模拟与过剩噪声因子实验研究[D]. 李奕键.华中科技大学 2013



本文编号：3300748