高速高灵敏度inpingaas雪崩光电二极管

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1、分类号学号M201172923学校代码10487密级硕士学位论文高速高灵敏度InP/InGaAs雪崩光电二极管学位申请人：向静静学科专业：光学工程指导教师：赵彦立副教授答辩日期：2014.01.11万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringHigh-speedandhighsensitivityInP/InGaAsAPDsCandidate:XiangJingjingMajor:OpticalEngineeri

2、ngSupervisor:Assco.Prof.ZhaoYanliHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作

3、者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要雪崩光电二极管(APD)由于其具有内部增益，可以提供比PIN探测器（PD）高5~10dB的灵敏度，被广泛应用于光通信系统中。近年来，

4、面向100Gbit/s、甚至400Gbit/s高速通信系统应用的高响应速率、高灵敏度的APD已经成为相关领域关注的焦点。传统观点认为InAlAs材料碰撞离化特性优于InP，在25Gbit/s高速率系统中受到了研究者的青睐。10Gbit/s及以下InP/InGaAsAPDs已被广泛应用于光通信系统中，而对25Gbit/s及更高速率的InP/InGaAsAPDs的研究还很少。本文主要研究了适合25Gbit/s的InP/InGaAsAPDs，其带宽特性略优于InAlAs/InGaAsAPDs，但前者制作工艺更成熟。本文首先建立了包含弛豫空间效应在内的APD频率响应

5、模型。系统研究了垂直结构的InP/InGaAsAPD和InAlAs/InGaAsAPD以及Si/GeAPD的增益带宽特性。通过改变吸收层厚度、光敏面面积、倍增层厚度研究载流子渡越时间、RC时间常数以及雪崩建立时间对带宽的影响。研究了InAlAs/InGaAs波导结构APD的带宽特性，且理论计算了本课题组研制的InP/InGaAsAPD击穿电压的温度特性，理论结果和实验结果相吻合。说明该模型对APD器件性能的研究是适用的。为了设计高速率高灵敏度的InP/InGaAsAPD，倍增层厚度的选择非常重要。本文采用随机路径长度（RPL）模型来优化器件的厚度和接收机的灵

6、敏度。分别优化了直径为30m或50m的InP、InAlAs和SiAPD在10Gbit/s系统传输速率下的灵敏度，分析了系统传输速率、倍增层厚度、温度、材料等对接收机灵敏度的影响。接着，优化了25Gbit/s的InP/InGaAsAPD的增益层厚度，其值为0.15m，有源区面积为5m×20m。采用频率响应模型对该波导APD进行模拟，得到增益为11.13时，带宽为19.45GHz，可以用于25Gbit/s的系统。并与相同倍增层厚度的InAlAs波导APD进行比较，得到InAlAs的增益带宽积比InP低很多，其源于不离化层中载流子的漂移速率对直流增益的影

7、响。最后，通过建立包含吸收层的离化在内的频率响应模型对InPAPD和InAlAsAPD进行了模拟。吸收层的离化较小的提高了InAlAsAPD的增益带宽积，而显著降低了InPAPD的增益带宽积。在InPAPD的制作中，电荷层的参数需要更严格的控制。关键词：雪崩光电二极管频率响应灵敏度击穿电压温度特性I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractAvalanchephotodiode(APD)iswidelyusedinopticalcommunicationsystemowingtoitsinternalgain,whichcanprovide5–10dB

8、highersensitivitythanPINph