用于光纤通信系统的新型双吸收层光探测器的研究

作     者：窦广栋 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄永清

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0803[工学-光学工程] 

主      题：光探测器 新型的双吸收层光探测器 量子效率 响应带宽 

摘      要：大容量、长距离的WDM(波分复用)光纤通信系统的快速发展,对光电子器件的要求越来越高,以满足持续升级的光通信传输系统的高性能要求。光探测器作为光纤通信系统中的关键器件,近些年来发展十分迅速并且不断制作出新型的结构,使光探测器的性能不断提高。PIN光探测器在光纤通信系统中应用极其广泛,结电容是影响PIN光探测器带宽的一个重要因素,对器件的响应带宽影响很大。我们针对器件的带宽和量子效率性能,提出了新的双吸收层光探测器结构。器件采用了侧腐蚀工艺减小双吸收层光探测器吸收层的结电容,同时双吸收层可以实现较高的量子效率 本论文围绕新型双吸收层光探测器在量子效率和响应带宽方面的特性展开研究,进行了理论分析和实验工艺探索。本论文的主要研究成果和创新如下： 1、理论研究了普通PIN光探测器和双吸收层光探测器的等效电容特性。我们选取吸收层厚度分别为200nm、400nm、600nm、800nm和1000nm的普通PIN光探测器和双吸收层光探测器进行研究。理论分析表明,双吸收层光探测器与普通PIN光探测器等效电容的比值随着吸收层厚度的增大而减小。 2、提出了一种新型双吸收层光探测器,理论分析表明器件在600nm的吸收层时具有最大的带宽,得到该器件在上下吸收层厚度均为600nm时量子效率达到了93%,同时吸收层直径为5μm响应带宽达到了26GHz,响应带宽比直径为16μm的双吸收层光探测器提高了44%。 3、理论研究了上下吸收层具有不同直径的新型双吸收层光探测器。对于新型双吸收层光探测器,我们取上吸收层直径为5μm,当下吸收层的直径大小分别为3μm、5μm、lOμm和16μm时,光探测器的响应带宽分别为29GHz、26GHz、24GHz和22GHz,结果表明新型双吸收层光探测器的响应带宽随着单个吸收层的结面积的减小而增大。 4、理论研究了上下吸收层具有不同厚度的新型双吸收层光探测器。上下两个吸收层直径都在5μm并且上吸收层的厚度为600nm的情况下,下吸收层厚度为800nm、600nm、500nm和300nm,光探测器的响应带宽分别为24GHz、26GHz、21GHz和18GHz。结果表明新型双吸收层光探测器的吸收层在600nm情况下,具有最大的响应带宽。 5、实验中成功制备了普通PIN光探测器和蘑菇型光探测器。实验发现普通PIN光探测器测量得到的响应带宽为6.8GHz,经过侧腐蚀制作成蘑菇型光探测器的响应带宽9GHz,表明通过侧腐蚀工艺减小吸收层结面积增大了器件的响应带宽。