本文關(guān)鍵詞：砷化鎵雙光子響應(yīng)探測(cè)器特性研究及其電極優(yōu)化

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【摘要】：在電光取樣技術(shù)和高速光通信系統(tǒng)中,對(duì)1.31μm和1.55μm這兩個(gè)重要波長(zhǎng)的超短激光脈沖測(cè)量變得越來(lái)越重要。而砷化鎵的雙光子響應(yīng)波長(zhǎng)范圍恰好覆蓋了這兩個(gè)重要波長(zhǎng),因此,研究砷化鎵雙光子響應(yīng)探測(cè)器具有實(shí)際意義。但是,目前存在該探測(cè)器工作的主要物理機(jī)制尚不明確,探測(cè)器的響應(yīng)度仍需進(jìn)一步提高的問(wèn)題�；谏鲜鰡�(wèn)題,本論文展開(kāi)了如下研究工作:為了探究砷化鎵雙光子響應(yīng)探測(cè)器工作的主要物理機(jī)制,我們實(shí)際制作了底面為(001)面,半徑為3mm的半球形砷化鎵探測(cè)器,并研究了探測(cè)器的雙光子響應(yīng)特性。在1.55μm連續(xù)波激光的作用下,探測(cè)器中產(chǎn)生的光電流與入射光光功率成二次方關(guān)系;光電流隨外加偏壓的增加未出現(xiàn)飽和現(xiàn)象而是也呈現(xiàn)二次非線性依賴關(guān)系;光電流隨基頻光偏振方向的變化關(guān)系與場(chǎng)致光整流效應(yīng)的理論結(jié)果相一致。這些研究結(jié)果表明倍頻吸收是砷化鎵雙光子響應(yīng)光電探測(cè)器工作的主要物理機(jī)制。同時(shí),基于光電流與外加偏壓成二次關(guān)系和光電流的各向異性研究結(jié)果,可得場(chǎng)致倍頻吸收在砷化鎵探測(cè)器發(fā)生的雙光子響應(yīng)過(guò)程中也扮演了重要的角色。此外,實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明,由于半導(dǎo)體砷化鎵材料表面電場(chǎng)的存在,使得半球底面中心處的電極接電源負(fù)極比接正極時(shí)的光電流更大,而暗電流更小,因而獲得較大的光/暗電流之比。另外,在相同條件下(相同光照和相同偏壓下),針-弧形電極結(jié)構(gòu)探測(cè)器中產(chǎn)生的光電流大于同心圓形-環(huán)形電極結(jié)構(gòu)的情況。由此可見(jiàn),有源區(qū)的電場(chǎng)分布及電場(chǎng)強(qiáng)度將對(duì)探測(cè)器的響應(yīng)度產(chǎn)生影響。為了提高砷化鎵雙光子響應(yīng)探測(cè)器的響應(yīng)度,我們?cè)谝褍?yōu)化的砷化鎵半球形光學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,又進(jìn)一步優(yōu)化了電極結(jié)構(gòu),分別設(shè)計(jì)了叉指和針尖組兩種電極結(jié)構(gòu)�；贏NSYS有限元分析軟件對(duì)這兩種電極結(jié)構(gòu)制作在半球形砷化鎵樣品上時(shí)將產(chǎn)生的電場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬仿真。仿真結(jié)果表明,隨著叉指電極指間距的不斷減小,針尖組電極尖端個(gè)數(shù)的不斷增多,有源區(qū)的電場(chǎng)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng);而且在相同偏壓下,針尖組電極要優(yōu)于叉指電極。我們利用蒸發(fā)和光刻技術(shù),在片狀砷化鎵樣品上制作了所設(shè)計(jì)的不同尺寸的電極結(jié)構(gòu),并研究了不同電極結(jié)構(gòu)下探測(cè)器的光響應(yīng)特性。在1.55μm連續(xù)波激光的作用下,對(duì)于叉指電極,綜合光電流與光/暗電流之比隨外加偏壓的變化情況,得出指間距為30μm時(shí)更優(yōu);對(duì)于針尖組電極,隨著電極尖端個(gè)數(shù)的增多,探測(cè)器中光電流與光/暗電流之比特性不斷改善,這與仿真結(jié)果基本一致。期望在半球形砷化鎵樣品上制作出優(yōu)良的針尖組電極結(jié)構(gòu),結(jié)合優(yōu)化光學(xué)和電學(xué)結(jié)構(gòu),進(jìn)而提高探測(cè)器的響應(yīng)度。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN36

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1245639