超高速薄层InP/InGaAs雪崩光电二极管器件的研究

摘要

搭建了蒙特卡罗计算机数值模拟平台。应用C++编程语言在Win32平台上开发出针对InP材料的半导体模拟程序。该程序可以对InP的材料特性如稳态漂移速度，瞬态输运特性和碰撞电离等现象进行模拟，同时该程序还能对InPp+—i—n+ APD器件进行模拟，计算增益，过剩噪声系数和电流响应等参数。 利用蒙特卡罗计算机数值模拟平台对InP p+—i—n+ APD结构的特性进行模拟研究。通过对InP p+—i—n+ APD雪崩倍增过程的蒙特卡罗研究，证实了薄层器件对过剩噪声的抑制作用。在超薄层器件中，随着弛豫空间（Dead Space）等非局域效应的增强，雪崩倍增过程的过剩噪声将会下降。本论文利用了碰撞电离事件概率分布的观点去研究薄层器件的噪声特性，我们发现随着电场的变强和弛豫空间变得显著，整个雪崩倍增过程变得更有确定性，从而噪声下降了。同时，还对APD器件的电流响应速度就行研究。模拟发现随着电场的加强，载流子的速度过冲现象变得更强并明显缩短了碰撞电离事件之间时间，从而导致薄层器件具有更快的响应速度。 利用载流子在器件中的分布对时间的响应，开发出一种新的APD小信号等效电路模型。该等效电路模型考虑了APD中载流子渡越时间，雪崩建立时间和器件寄生RC参数。该模型的频率响应计算结果能很好地与实验数据符合。作为一种特殊情况，该模型还能应用于pin光电二极管。最后，研究了光信号的入射方向对pin光电二极管与APD响应速度的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 引言

§1.1 APD雪崩光电二极管工作原理

§1.2 InP基APD的研究内容与进展

§1.3本论文的主要工作和创新点

参考文献

第二章 InP材料蒙特卡罗模拟平台的搭建

§2.1蒙特卡罗模拟模拟概述

§2.2 InP材料蒙特卡罗模拟的能带结构

§2.3 InP材料蒙特卡罗模型的建立

§2.4 InP蒙特卡罗模拟程序的验证

§2.3第二章小结

参考文献

第三章 超薄层InP APD雪崩倍增过程的蒙特卡罗模拟结果

§3.1 InP材料碰撞电离特性

§3.2 InP p+ -i-n+ APD的雪崩增益过程

§3.3 InP p+ -i-n+ APD的时间响应特性

§3.4第三章小结

参考文献

第四章 SAGCM APD等效电路模拟研究

§4.1 SAGCM APD等效电路模型的建立

§4.2等效电路模型模拟结果讨论

§4.4第四张小结

§4.5附录：公式(4-2)-(4-5)的推导

参考文献

总结与展望

硕士期间科研成果

致谢