發(fā)布時(shí)間：2021-07-24 13:33

　　雪崩光電二極管（Avalanche photodiode,APD）因?yàn)閮?nèi)部增益高、功耗低、體積小、工作頻譜范圍大等優(yōu)勢(shì)成為光纖通信系統(tǒng)中接收端的核心器件。為了探測(cè)不同波段的光信號(hào),適應(yīng)不同工作環(huán)境,科研人員已經(jīng)研究了多種材料的APD,因此基于不同材料的APD都得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。III-V族半導(dǎo)體InP、InAl As由于其帶隙較寬,常與帶隙窄的半導(dǎo)體In_0.53Ga_0.47As,形成異質(zhì)結(jié)APD。這種結(jié)構(gòu)的APD具有增益高、噪聲小等優(yōu)點(diǎn),很快成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。以GaN為代表的Ⅲ族氮化物,作為寬禁帶半導(dǎo)體,具有高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性,常用來(lái)制作紫外光探測(cè)器件和大功率器件。本文主要針對(duì)III-V族半導(dǎo)體紅外和紫外APD的工作特性展開(kāi)研究。針對(duì)有自反饋機(jī)制的單光子雪崩光電二極管（Single photon avalanche diodes,SPAD）,本文模擬了SPAD工作中能帶與電場(chǎng)隨時(shí)間的變化過(guò)程,在理論上詳細(xì)闡述了它的工作原理。此外,本文通過(guò)計(jì)算SPAD在不同偏壓下輸出電流隨時(shí)間的變化關(guān)系,研究了它的響應(yīng)時(shí)間與外加偏壓的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)外加電壓... 

【文章來(lái)源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：66 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

（a）PN結(jié)，（b）PIN結(jié)型APD的結(jié)構(gòu)示意圖和電場(chǎng)分布圖

2. 吸收、倍增分離結(jié)構(gòu) APD吸收、倍增分離結(jié)構(gòu)（SAM）和吸收、倍增、電荷層分離結(jié)構(gòu)（SACM）APD的結(jié)構(gòu)圖如圖1.2所示。SAM結(jié)構(gòu)的APD具備倍增區(qū)和吸收區(qū)分離的特點(diǎn)[12,13]。

圖 1.3 吸收、漸變、電荷、倍增分離（SAGCM）結(jié)構(gòu) APD 的器件結(jié)構(gòu)示意圖和電場(chǎng)分布圖[20]響應(yīng)速度。因?yàn)楫?dāng)器件的吸收層厚度減小時(shí)，相應(yīng)地載流子的渡越時(shí)間也會(huì)減小，這樣可以提高器件的響應(yīng)速度。然而，要提高器件的量子效率，就必須要求吸收層有較高的厚度以保證入射的光子在吸收層中被充分吸收。因此，對(duì)于同一器件的吸收層，不可能同時(shí)滿(mǎn)足有高的響應(yīng)速度和量子效率。為了解決這一問(wèn)題，可以引入諧振腔結(jié)構(gòu)，這樣就能保證吸收層在較薄的情況下依然有較高的量子效率，具有諧振腔結(jié)構(gòu)的 APD 稱(chēng)為諧振增強(qiáng)型 APD。圖 1.4 為諧振腔增強(qiáng)型 APD 結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]GaN基PIN紫外探測(cè)器的質(zhì)子輻照效應(yīng)[J]. 白云,邵秀梅,陳亮,張燕,李向陽(yáng),龔海梅.  激光與紅外. 2007(S1)
[2]吸收層與倍增層分離的4H-SiC雪崩光電探測(cè)器[J]. 朱會(huì)麗,陳廈平,吳正云.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2007(02)
[3]光電效應(yīng)的理論解釋[J]. 張秀喬.  物理通報(bào). 1999(07)
[4]InGaAs/InGaAsP/InP SAGM—APD暗電流與光倍增因子的溫度特性[J]. 丁國(guó)慶.  光通信研究. 1990(04)

博士論文
[1]Ⅲ族氮化物的極化效應(yīng)及其在光電子器件中的應(yīng)用[D]. 董可秀.南京大學(xué) 2013

碩士論文
[1]新型臺(tái)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(xué) 2014
[2]APD電路模擬與過(guò)剩噪聲因子實(shí)驗(yàn)研究[D]. 李奕鍵.華中科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3300748