电子倍增apd型红外探测器研究

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1、中文图书分类号：TN312密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：电子倍增APD型红外探测器研究论文作者：牟桐学科：电子科学与技术指导教师：邓军论文提交日期:2017年4月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN312学号：S201402041密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：电子倍增APD型红外探测器研究英文题目：ResearchOnElectronMultiplicationAvalanchePhotodiode论文作者：

2、牟桐学科专业：电子科学与技术研究方向：微电子学与固体电子学申请学位：工学硕士指导教师：邓军副教授所在单位：电子信息与控制工程学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：牟桐日期：

3、2017年5月22日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：牟桐日期：2017年5月22日导师签名：邓军日期：2017年5月22日摘要摘要雪崩光电二极管由于其雪崩倍增特性受到科研领域的追捧，以其体积小、暗电流低、响应速度快等优点广泛应用于军事和民用领域。本文依据雪崩倍增光电二极管器件基本理论，在器件设计过程

4、中主要考虑电场强度、雪崩增益、暗电流等特性，结合仿真模拟结果和实际外延生长经验优化设计器件接触层、电荷层、吸收层、倍增层、渐变层的厚度和掺杂情况制备得到SAGCM结构APD器件，在SAGCM-APD结构基础上进行优化改进InP雪崩层结构，提出使用In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As超晶格结构代替SAGCM-APDInP雪崩层以实现电子雪崩结构，提高带宽增益降低过剩噪声。研究工作主要包括以下几个方面：（1）深入研究InP/InGaAs雪崩光电探测器结构设计基本理论概述，讨论了载流子离化率的概

5、念，在以空穴离化为主导的空穴倍增型SAGCM结构的基础上，依据碰撞离化理论和对不同材料电子-空穴离化率的研究，利用超晶格电子离化率高的特点，设计了超晶格结构的雪崩倍增区，将器件设计为以电子离化为主导的电子倍增型雪崩倍增二极管结构。（2）在传统的SAGCM结构雪崩光电探测器的模型基础上，建立了具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电探测器理论模型。在对该模型进行了仿真分析和优化设计的基础上，利用金属有机化合物化学气相淀积（MOCVD）外延技术，对超晶格雪崩区电子倍增型雪崩光电探测器结构进行了外延生长，通过腐蚀试验实际

6、测试实验片各结构层的生长情况，确定实际生长结构与理论设计结构相一致。（3）探索了台面工艺与平面工艺两种制备工艺技术，设计制作了光刻掩膜版版图，将平面工艺与台面工艺集中于一套掩膜版之上。以原有InP基p-i-n型材料结构为基础优化流片工艺流程，优化了工艺流程中的退火、金属掩膜层制备和刻蚀条件，最终制备得到具有超晶格雪崩区的电子倍增型雪崩光电二极管。（4）优化测试环节器件封装工艺，对工艺流片所得的实验片进行光电特性测试，针对测试结果分析并解决工艺流程存在的问题，反复优化各项工艺参数，最终得到一套相对稳定可重复的工艺

7、条件。将SAGCM-APD与具有超晶格结构雪崩倍增层APD进行对比，验证超晶格结构对于提升雪崩光电二极管性能的作用。关键字：超晶格结构；雪崩光电二极管；结构设计；工艺优化-I-AbstractAbstractAvalanchephotodiodeispupolaramongscientificresearchfieldbecauseofitsavalanchemultiplicationcharacteristic,andiswidelyappliedinmilitaryandcivilianfieldbeca

8、useofitsadvantagesofsmallvolume,lowdarkcurrentandfastresponsespeedetc.Undertheguidanceofbasicconceptofavalancheamplificationphotodiodedeviceandtheconsiderationofelectricfieldintensity,avalanchea