高响应度InGaAs PIN探测器阵列的研究

摘要

InGaAs材料的吸收谱为1～1.6μm，它可以覆盖光纤通信的两个窗口波长。InGaAs和InP材料可以做到完全晶格匹配，因此可以在InP衬底上生长出质量很高的外延层；且它的电子迁移率非常高，这些特点使得InP/InGaAsPIN光电探测器可以具有极高的响应速度和很小的暗电流，从而成为近红外波段优先选择的探测器。 本论文工作围绕1-1.6μm近红外波段InP/InGaAsPIN高响应度光电探测器阵列的研究展开。并以高响应度探测器的设计和制作为主，开展了一系列的工作，取得了以下一些结果： 1.在对光电探测器的I-V特性、量子效率和响应速度进行分析的基础上，提出了利于提高响应度的外延层结构，并根据探测器阵列制作的两种不同方法，分别设计了相应的外延结构；采用了利于光耦合的面入射方式。 2.由于InP层的吸收及入射光在探测器多界面间的多次反射，使InP层对探测器的响应度产生了非常大的影响。通过测量正面和背面入光InGaAs/InPPIN探测器响应度和InP晶片透射率，并与模拟的表面透射率进行比较，分析了InP层对响应度的影响。 3.理论计算了增透膜为SiO2和Si3N4时InP/InGaAsPIN探测器的透射率，计算结果表明Si3N4的增透效果要优于SiO2。通过测试淀积有Si3N4增透膜的探测器的响应度，并和理论计算的透射率进行比较，研究了不同淀积工艺对响应度的影响和探测器不同应用时膜厚的设计方法。 4.光在器件中的多界面反射使得响应谱呈现起伏状，利用这些起伏的极值点，提出了一种计算器件结构参数的方法。 5.根据探测器阵列制作的两种方法，分别生长了P+IN+和N-IN+两种外延结构，并设计了相应的工艺流程。设计了有利于电场均匀分布的版图；研究了正胶光刻工艺；通过实验得到了封管扩散Zn形成p+型区域时合适的源量、磷量、扩散温度和扩散时间等条件；得到了用BOE刻蚀氮化硅所需的实验条件；组建了I-V、C-V和响应度等测试系统。并用N-IN+外延片利用封管扩Zn制作了探测器阵列。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

第2章PIN探测器简介

第3章器件结构的优化设计研究

第4章器件制作及单项工艺研究

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的文章

致谢