隨著外延技術(shù)的發(fā)展,可用于近紅外光探測且能與CMOS工藝集成的Ge/Si波導（Waveguide,WG）雪崩光電二極管（Avalanche Photodiode,APD）成為了研究熱點。一方面,它利用Ge作為吸收層材料,可以拓展器件的波長探測范圍;另一方面,它結(jié)合WG和APD的優(yōu)勢,使器件具備高響應(yīng)度和高帶寬的特點。同時,隨著光電子集成電路的發(fā)展,要求Ge/Si WG APD能實現(xiàn)與光纖的耦合。所以,本文采用絕緣襯底上的硅（Silicon-On-Insulator,SOI）WG設(shè)計WG APD,SOI WG可以在襯底上與錐形波導結(jié)構(gòu)結(jié)合從而實現(xiàn)與光纖的耦合。此外,SOI WG不僅能減小襯底吸收現(xiàn)象,還能實現(xiàn)與光電子集成電路的高度集成。同時本文采用吸收區(qū)-電荷區(qū)-倍增區(qū)分離的APD結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)中,光子吸收和載流子倍增分別發(fā)生在不同區(qū)域,互不干擾,能夠提高APD的性能。本文具體研究內(nèi)容如下:首先,器件的設(shè)計和性能仿真。在分析了Ge/Si異質(zhì)結(jié)、WG理論和APD理論的基礎(chǔ)上,從與光纖的耦合角度出發(fā)設(shè)計了Ge/Si WG APD器件的結(jié)構(gòu);并從SOI WG對芯層尺寸和摻雜的要求,以及APD... 

【文章來源】：重慶郵電大學重慶市

【文章頁數(shù)】：91 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Si上外延生長Ge的照片

碩士學位論文 光電探測器的于禁帶寬度過大而呈現(xiàn)明顯的劣勢，在近紅外波段V)不足以克服 Si 的帶隙和誘導電子空穴對，即不會有光電料禁帶寬度gE與其所能探測波長的關(guān)系，可以算出 Si 材長為 1.1μm。圖 2.10 給出了不同材料的光吸收系數(shù)。 1240gnmE

37(c) 吸收層摻雜為15 -31 10 cm(d) 吸收層摻雜為16 -31 10 cm圖 3.7 吸收層摻雜對電場分布的影響吸收層厚度對器件光電流、響應(yīng)度和響應(yīng)速度起著重要作用。Ge 吸收系數(shù) a為6 -11 10 m，在 Ge/SiSACM-APD 中，入射光為 1.2μm 時，吸收區(qū)寬度至少要取到 1μm 以上才能保證量子效率[42]。而在波導結(jié)構(gòu)中，吸收層不需要那么厚，典型取 0.4~0.7μm。吸收層的電場強度不能太高，這是因為絕不允許載流子的倍增發(fā)生在吸收層，同時要避免光生載流子與材料內(nèi)部的雜質(zhì)發(fā)生復(fù)合作用；吸收層的電場

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ge/Si SACM-APD器件分析[J]. 王巍,顏琳淑,王川,杜超雨,王婷,王冠宇,袁軍,王振.  紅外與激光工程. 2015(04)
[2]激光3D成像系統(tǒng)主被動探測技術(shù)的研究進展[J]. 唐曉燕,高昆,倪國強.  激光與紅外. 2013(09)
[3]基于等效電路模型的APD特性分析[J]. 崔洋,孫華燕,齊瑩瑩.  四川兵工學報. 2013(08)
[4]硅基光波導材料的研究[J]. 陳媛媛.  激光與紅外. 2010(08)
[5]硅基鍺材料的外延生長及其應(yīng)用[J]. 聶輝文,成步文.  中國集成電路. 2010(01)
[6]硅基波導共振增強型光電探測器的設(shè)計與模擬[J]. 陳荔群,李成.  半導體學報. 2006(08)

博士論文
[1]鍺硅異質(zhì)結(jié)晶體管及其微波低噪聲放大器技術(shù)研究[D]. 賈素梅.河北工業(yè)大學 2013
[2]Ge/Si異質(zhì)結(jié)及其光電探測器特性研究[D]. 魏瑩.蘭州大學 2012

碩士論文
[1]新型臺面結(jié)構(gòu)硅基雪崩光電二極管的研究[D]. 崔文凱.北京工業(yè)大學 2014
[2]垂直方向耦合光波導探測器的研究[D]. 古燕西.電子科技大學 2013
[3]基于APD的光子成像技術(shù)研究[D]. 楊平.長春理工大學 2013
[4]用于光通信的波導光探測器（WGPD）的性能研究[D]. 何文君.北京郵電大學 2013
[5]隧穿晶體管和納米線晶體管的模型與模擬[D]. 曹偉.復(fù)旦大學 2011
[6]光探測器等效電路模型的建立與參數(shù)提取[D]. 許文彪.電子科技大學 2011
[7]摻鍺光子晶體光纖特性研究[D]. 王旭東.重慶大學 2011
[8]硅光電探測器特性分析與實驗研究[D]. 黃敏敏.揚州大學 2011
[9]可見光波段硅基微納光波導濾波器及硅光電探測器研究[D]. 朱云鵬.浙江大學 2011
[10]光束傳輸法模擬磁光材料光波導[D]. 陳凱.電子科技大學 2007



本文編號：2954602