InP/InGaAs单行载流子光电二极管的研究

摘要

InP/InGaAs单行载流子光电二极管(UTC-PD)是一种高速、高饱和输出的新型光电探测器,其结构特点是由p型中性光吸收层和n型宽带隙集结层构成,并且只用电子作为有源载流子。UTC-PD和光放大器组成的光接收机,其性能优于传统的光电二极管和后置电放大器组成的光接收机,从而可以省去电放大器,扩展了带宽的同时还简化了接收机的结构。在现有的实验条件下,我们在国内首次提出了UTC-PD的研究课题。在这一年多的时间中,我们主要围绕着UTC-PD的研究展开了以下三方面工作:1.在了解国外UTC-PD发展动态和理论分析的基础上,设计了器件结构。其设计内容主要包括外延材料的选择与生长、外延层结构的设计、光耦合的设计及器件的封装。2.通过大量的实验研究,确定了研制UTC-PD的工艺流程,并对影响器件性能的关键工艺进行详细地研究。比如,光刻工艺、选择性湿化学台面腐蚀工艺、SiO2/SiNx钝化工艺等。3.对研制的UTC-PD样品的主要性能参数进行测试。在4V反向偏压下,实验测得暗电流为160pA、饱和光电流为22.84mA及15.13GHz的3dB带宽。

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摘要

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第一章 引言

1.1 背景

1.2 长波长超高速光电探测器的概述

1.2.1 垂直入射光电探测器(VPD)

1.2.2 边耦合波导型光电探测器(WGPD)

1.3 单行载流子光电二极管(UTC-PD)

1.3.1 工作原理

1.3.2 边耦合多模波导型UTC-PD

1.3.3 UTC-PD 的应用

第二章 理论基础

2.1 光电探测器的性能参量

2.1.1 响应度和内量子效率

2.1.2 介电驰豫时间

2.1.3 响应时间和响应频率

2.1.4 探测器的噪声特性

2.1.5 暗电流

2.2 UTC-PD 和pin-PD

2.3 UTC-PD 吸收层中载流子的产生和扩散

2.4 UTC-PD 小信号模型

2.5 吸收层中的自建电场

2.6 输出饱和特性

第三章 器件设计

3.1 外延材料的选择与生长

3.1.1 外延材料的选择

3.1.2 外延材料的生长

3.2 外延层结构设计

3.2.1 吸收层

3.2.2 集结层

3.2.3 外延层结构

3.3 光耦合

3.3.1 光耦合方式的选择

3.3.2 增透膜

3.4 封装结构

第四章 器件研制

4.1 工艺流程

4.2 光刻

4.2.1 光刻目的

4.2.2 光刻工序流程

4.3 台面腐蚀

4.3.1 腐蚀液的选取

4.3.2 台面腐蚀工序流程

4.4 台面钝化

4.4.1 钝化膜的选取

4.4.2 钝化膜制备工艺

4.5 电极制备

4.5.1 电极材料的选取

4.5.2 电极的制作

第五章 实验结果与分析

5.1 暗电流的测试与分析

5.2 光电流和响应度的测试与分析

5.2.1 光电流与反向偏压的关系

5.2.2 光电流与光功率的关系

5.3 频率响应的测试与分析

结束语

参考文献

致谢

附录二:研究生期间发表的论文

附录三:个人简历