三级台面InGaAs/InP雪崩光电二极管的低边缘电场设计

设计了一种三级台面的InGaAs/InP雪崩光电二极管,解决了器件边缘电场和暗电流较高的问题.采用Silvaco Atlas器件仿真软件分析了边缘间距、电荷层掺杂浓度及厚度、倍增层掺杂浓度及厚度对器件性能的影响.仿真结果表明,本文设计的三级台面器件在边缘间距为8μm时有最优器件尺寸和较低边缘电场.采用掺杂浓度为1×10~(17)cm~(-3)、厚度为0.2μm的电荷层和掺杂浓度为2×10~(15)cm~(-3)、厚度为0.4μm的倍增层,成功将高电场限制在中心区域,使得反偏电压40V时的边缘电场降低至2.6×105V/cm,仅为中心电场的1/2,增强了器件的抗击穿能力.此外,本文设计的器件在0.9 V_(br)时的暗电流降低至9.25pA,仅为传统两级台面器件的1/3.     

基于silvaco-TCAD的In0.53Ga0.47As/InP红外探测器的仿真

采用silvaco-TCAD研究In0.53Ga0.47As/InP SAGCM-APD光电探测器,对探测器的结构参数对器件的电场分布、击穿电压和贯穿电压的影响进行仿真分析。研究表明电荷层对器件内部电场起到更好的调节作用,但过高的电荷层面密度会导致APD探测器的击穿电压与贯穿电压之差减小。倍增层厚度的增加使击穿电压先减小后增高,贯穿电压线性增加,同时耗尽层宽度变大,使器件电容减小。当倍增区厚度1 μm、偏压为-5 V时,器件电容密度达到了4.5×10-17 F/μm。反向偏置电压为30 V时,APD探测器在1.31 μm和1.55 μm波长下的响应度分别达到1 A/W和1.1 A/W     

In0.83Al0.17As倍增层对In0.83Ga0.17As/GaAs雪崩光电探测器的特性影响

倍增层对雪崩光电探测器内部载流子的碰撞电离至关重要,因此,采用三元化合物In_0.83Al_0.17As作为倍增层材料,借助器件仿真工具Silvaco-TCAD,详细探究了In_0.83Ga_0.17As/GaAs雪崩光电探测器的倍增层厚度及掺杂浓度对其内部电场强度、电流特性和电容特性的影响规律。研究表明,随着倍增层厚度的增加,器件的电场强度和电容呈减小趋势。同时,倍增层掺杂浓度的增大会引起电容和倍增层内的电场强度峰值增加。进一步研究发现,随着倍增层厚度的增加,器件的穿通电压线性增大,击穿电压先减小后增大,但倍增层掺杂浓度的增加会引起器件击穿电压的减小。此外,用电场分布和倍增因子的结合解释了器件穿通电压与击穿电压的变化。     

Ⅰ型倍增层对异质SAM结构InSb-APD红外探测器性能的影响

红外探测器的光电特性会受到内部结构倍增层参数的影响,为了能够改善器件的雪崩效应,借助仿真软件Silvaco-TCAD,详细探讨了Ⅰ型倍增层的残余掺杂浓度和厚度对异质SAM结构ⅠnSb-APD红外探测器性能的影响。研究结果表明,随着Ⅰ型倍增层掺杂浓度的增加,其倍增层内的电场强度峰值增加,同时光响应度略微增加;随着Ⅰ型倍增层厚度的增加,其倍增层的光响应度与暗电流密度升高,同时电场强度峰值减少。进一步研究表明,当Ⅰ型倍增层残余掺杂浓度和厚度分别为1×10¹⁵ cm^-3和3μm时,有利于雪崩过程。     

强光照射下的InGaAs二极管内部光生载流子分析(英文)

以InGaAs p-i-n管为例,研究了光电二极管在激光脉冲作用下非线性响应的内部机理特征,计算分析了二极管在强光辐照下内部空间电荷屏蔽效应对器件光电响应特性产生的影响.通过计算耗尽区的电场强度、载流子分布和电子-空穴的漂移速度,发现低偏置电压或强光辐照都会使耗尽区的电场强度下降,载流子的漂移和扩散速度降低到非饱和状态,使光生载流子的复合率下降,大量载流子聚集在耗尽区内,形成了空间电荷屏蔽效应,导致二极管呈非线性响应状态.在5V偏置电压条件下,增加皮秒激光的脉冲能量,光电二极管的光伏电压响应脉宽逐渐展宽,峰值电压呈非线性变化.     

InAlAs浓度对In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器特性的影响北大核心CSCD

红外探测器的性能受内部结构各层掺杂浓度的影响,而倍增层掺杂浓度会明显改变器件的性能。为了降低暗电流,提高器件性能,采用三元化合物In_(0.83)Al_(0.17)As作为倍增层材料,借助仿真软件Silvaco详细研究了In_(0.83)Al_(0.17)As/In_(0.83)Ga_(0.17)As红外探测器的倍增层掺杂浓度对器件电场强度、电流特性和光响应度的影响规律。结果表明,随着倍增层掺杂浓度的增加,器件倍增层内的电场强度峰值增加,同时,器件的暗电流与光响应度减小。进一步研究发现,当倍增层掺杂浓度为2×10^(16) cm^(−3)时,器件获得最优性能,暗电流密度为0.62144 A/cm^(2),在波长为1.5μm时,光响应度和比探测率分别为0.9544 A/W和1.9475×10^(9) cmHz^(1/2)W^(−1)。     

高探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于标准0.35μm CMOS工艺设计了一种单光子雪崩二极管器件.采用p+n阱型二极管结构,同时引进保护环与深n阱结构以提高单光子雪崩二极管性能;研究了扩散n阱保护环宽度对雪崩击穿特性的影响;对器件的电场分布、击穿特性、光子探测效率、频率响应等特性进行了分析.仿真结果表明:所设计的单光子雪崩二极管器件结构直径为10μm,扩散n阱保护环宽度为1μm时,雪崩击穿电压为13.2 V,3 dB带宽可达1.6 GHz;过偏压为1 V、2 V时最大探测效率分别高达52%和55%;在波长500~800 nm之间器件响应度较好,波长为680 nm时单位响应度峰值高达0.45 A/W.     

高光电探测效率CMOS单光子雪崩二极管器件

基于0.18μm CMOS工艺技术,制作了单光子雪崩二极管,可对650~950nm波段的微弱光进行有效探测.该器件采用P~+/N阱结构,P~+层深度较深,以提高对长光波的光子探测效率与响应度;采用低掺杂深N阱增大耗尽层厚度,可以提高探测灵敏度;深N阱与衬底形成的PN结可有效隔离衬底,降低衬底噪声;采用P阱保护环结构以预防过早边缘击穿现象.通过理论分析确定器件的基本结构参数及工艺参数,并对器件性能进行优化设计.实验结果表明,单光子雪崩二极管的窗口直径为10μm,器件的反向击穿电压为18.4V左右.用光强为0.001 W/cm~2的光照射,650nm处达到0.495A/W的响应度峰值;在2V的过偏压下,650~950nm波段范围内光子探测效率均高于30%,随着反向偏压的适当增大,探测效率有所提升.     

高耐压和低暗计数SiC紫外雪崩光电二极管

碳化硅（SiC）雪崩光电二极管（APD）是一种独具优势的微弱紫外光探测器,其过偏压承受能力是确保器件可靠工作的一个重要因素。本工作设计并制备了穿通型SiC吸收层-电荷控制层-雪崩倍增层分离（SACM）APD。基于这种结构,器件电场从雪崩倍增层向吸收层扩展,从而减小了雪崩倍增层内电场强度变化率,最终将器件过偏压承受能力提高到10 V;得益于吸收层的分压,雪崩倍增层的电场强度得到有效降低,载流子隧穿可能性减小,这能够有效降低器件暗计数,从而有利于提高器件探测灵敏度;此外,设计的SiC SACM APD倾斜台面仅刻蚀到雪崩倍增层上表面,这能够让器件填充因子提高至约60%,显著改善了深刻蚀导致的传统SACM结构有效光敏区域减小的问题。     

p-i-nInP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP探测器结构优化

利用半导体仿真工具Silvaco对p-i-n InP/In_(0.53)Ga_(0.47)As/InP近红外光探测器进行优化仿真.参考实际器件对红外探测器进行建模,并将其暗电流、光谱响应仿真结果与实验结果进行拟合,保证仿真结果的有效性.以减小探测器的暗电流为目的,优化其结构.针对探测器吸收层厚度和吸收层掺杂浓度对暗电流、光响应的影响进行研究,发现当吸收层厚度大于0.3μm后,暗电流不再上升,但光响应随着吸收层厚度的增加而增大;当吸收层掺杂浓度不断上升时,器件暗电流不断降低,当掺杂浓度上升到2×1017/cm3时,暗电流达到最低值.本文还研究了p-i-n型探测器的瞬态响应,探究了响应速度与反偏电压之间的关系,发现提高反偏电压能减小探测器响应时间.     

基于标准CMOS工艺的非接触式保护环单光子雪崩二极管

基于深亚微米CMOS工艺,设计了一种采用非接触式P阱保护环来抑制边缘击穿的单光子雪崩二极管结构.采用器件仿真软件Silvaco Atlas分析了保护环间距对器件的电场分布和雪崩触发概率等特性的影响,结合物理模型计算了所设计器件的暗计数概率和光子探测效率.仿真和计算结果表明,保护环间距d=0.6μm时器件性能最优,此时击穿电压为13.5V,暗电流为10-11 A.在过偏压为2.5V时,门控模式下的暗计数概率仅为0.38%,器件在400~700nm之间具有良好的光学响应,500nm时的峰值探测效率可达39%.     

Zn扩散对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管雪崩击穿概率的影响

对InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管进行结构设计与数值仿真，得到相应的电学与光学参数。针对雪崩击穿概率对器件光子探测效率的影响，研究了两次Zn扩散深度差、Zn扩散横向扩散因子、Zn掺杂浓度以及温度参数与器件雪崩击穿概率的关系。研究发现，当深扩散深度为2.3μm固定值时，浅扩散深度存在对应最佳目标值。浅扩散深度越深，相同过偏压条件下倍增区中心雪崩击穿概率越大，电场强度也会随之增加。当两次Zn扩散深度差小于0.6μm时，会发生倍增区外的非理想击穿，导致器件的暗计数增大。Zn扩散横向扩散因子越大，倍增区中心部分雪崩击穿概率越大，而倍增区边缘雪崩击穿概率会越小。在扩散深度不变的情况下，浅扩散Zn掺杂浓度对雪崩击穿概率无明显影响，但深扩散Zn掺杂浓度越高，相同过偏压条件下雪崩击穿概率越小。本文研究可为设计和研制高探测效率、低暗计数InGaAs/InP单光子雪崩光电二极管提供参考。     

光通信用雪崩光电二极管(APD)频率响应特性研究

吸收层、电荷层和倍增层分离结构雪崩光电二极管(SACM-APD),包括InP/InGaAs、InAlAs/InGaAs和Si/Ge APD是光通信领域近年来研究的热点. 本文基于电路模型,系统比较了不同外延层厚度、不同材料以及不同结构APD的频率响应特性,重点探讨Si/Ge APD吸收层厚度、光敏面大小、寄生参数等各项参数对带宽的影响,仿真结果与实际器件实验数据相符合. 本文的研究成果对SACM-APD的优化设计具有指导意义. 关键词： SACM-APD 电路模型 频率响应     

基于双电荷层结构的CMOS单光子雪崩二极管

基于180nm标准CMOS工艺,设计了一种能够有效提高光子探测效率的双电荷层结构的单光子雪崩二极管.该器件结构采用P电荷层和逆行掺杂的深N阱形成PN结,选取不同的P电荷层掺杂浓度,对击穿电压进行优化,当P电荷层浓度为1×1018cm-3时,击穿电压为17.8V,电场强度为5.26×105 V/cm.进一步研究发现N电荷层的位置会影响漂移电流密度和扩散电流密度.当在深N阱与N隔离层交界处掺杂形成N电荷层,即N电荷层掺杂峰值距离器件表面为2.5μm时,器件性能最优.通过Silvaco TCAD仿真分析得到:在过偏压1V下,波长500nm处的探测效率峰值为62%,同时在300～700nm范围内的光子探测效率均大于30%.     

基于小分子半导体IEICO的高性能倍增型有机光电探测器

采用溶液法制备了结构为ITO/ZnO/P3HT∶IEICO/Al和ITO/PEDOT∶PSS/P3HT∶IEICO/Al的倍增型有机光电探测器,活性层中电子给体(P3HT)和电子受体(IEICO)的质量比为100∶1。以氧化锌(ZnO)为界面层的器件在正向与反向偏压下都能良好工作,而以PEDOT∶PSS为界面层的器件只能在反向偏压下工作。-15 V偏压下,与PEDOT∶PSS界面层器件相比, ZnO界面层器件的暗电流密度(2.2μA/cm~2)降低4倍以上,1.5 mW/cm~2光照下的光电流密度(3.7 mA/cm~2)提高3倍以上,外量子效率(External quantum efficiency,EQE)平均值(3262%)、响应度平均值(13.3 A/W)和探测灵敏度平均值(1.6×10~(13) Jones)分别提高4倍、4倍和11倍以上。这些结果表明,以ZnO为倍增型有机光电探测器的界面层,可以降低器件的暗电流密度并提高器件的EQEs,从而显著提高器件的光电性能。     

掺铁InP肖特基势垒增强InGaAs MSM光电探测器

采用LP-MOVPE方法及常规器件工艺制成了InP:Fe肖特基势垒增强InGaAsMSM光电探测器。用自建测试系统对其直流和瞬态特性进行了测试,测试结果表明,器件的击穿电压大于10V,2V偏压下暗电流为170nA,对应的暗电流密度约为3mA/cm²;瞬态响应中上升时间tr为21ps,半高宽FWHM为75ps.     

10Gb/s带可变光衰减器的雪崩光电二极管接收器(英文)

报导了一种集成MEMS的光接收器件的10Gb/s雪崩光电二极管,并介绍了10Gb/s APD-TIA的结构和基本特点.对衰减器进行了性能测试,所得到的特性曲线表明其衰减随所加电压变化而变化.集成MEMS VOA接收器的动态范围至少增加了50%达到13dB,这个结果对密集波分复用系统中的应用非常理想,同时对高速通信系统中的信号改变是一种有效的补偿方式.本文报导了传输速率10Gb/s带衰减器的雪崩光电二极管光接收器的眼图和测试结果,能够获得的灵敏度和清晰的眼图雪崩光电二极管光接收器的眼图和测试结果,能够获得-26.5dBm的灵敏度和清晰的眼图.     

基于标准CMOS工艺的UV/blue光电探测器

基于UMC 0.18μm CMOS工艺,提出一种适合紫外/蓝光探测的探测器,该器件由栅体互联的NMOS晶体管和横向/纵向光电二极管构成.其中,浅结的光电二极管由UMC工艺中Twell层(浅P阱)和Nwell层形成,以增强其对紫外/蓝光的吸收,栅体互联的NMOS晶体管可以放大光电流,提高探测器的灵敏度和动态范围.仿真结果表明,本文设计的紫外/蓝光探测器具有低的工作电压和暗电流,对300~550nm波长范围的光具有高的响应度和宽的动态范围.在弱光条件下(光强小于1μW/cm2),响应度优于105 A/W,随着光强增大,响应度逐渐降低,但总体仍超过103 A/W.     

用刻蚀坑方法抑制平面型InGaAs/InP盖革模式APD的边缘击穿

通过测量平面型InGaAs/InP雪崩光电二极管闭管扩散器件帽层InP中Zn杂质的分布,拟合出掺杂浓度随扩散深度的变化函数,并且利用离化积分研究不同倍增层厚度下的最佳刻蚀坑深度和最佳刻蚀方法.结果表明在帽层深度不变的情况下,最佳刻蚀坑深度会随着倍增层厚度而变化,当倍增层厚度为1μm左右时刻蚀坑深度在0.1~0.3μm之间.采取反应离子刻蚀可以获得良好的刻蚀坑形貌,有利于边缘击穿的抑制.     

具有混合结构的三基色有机光电探测器的光电特性

采用溶液旋涂和高真空蒸镀工艺制备了平面和体异质结混合型器件结构的三基色有机光电探测器,利用实验分步探究其不同组分的活性层厚度、混合度以及前置吸收层对器件光电特性的影响.在此基础上,对三基色有机光电探测器进行样品制备及测试.结果表明,混合型结构的光电探测器件对光的吸收几乎覆盖整个可见光区域,对350~700nm范围的光呈现出类似于平台式的宽光谱响应.该器件在-1V偏置电压下,对红、绿、蓝光的比探测率分别为2.89×10~(11) Jones、3.22×10~(11) Jones、1.97×10~(11)Jones,表明该器件对红、绿、蓝光有较好探测效果,尤其对红光的探测率有3~4倍提升.