InGaAs PIN 光电探测器

合集下载

InGaAs(P)InP近红外单光子探测器暗计数特性研究.doc

InGaAs(P)/InP近红外单光子探测器暗计数特性研究基于InGaAs(P)/InP 雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diodes,SPADs)的近红外单光子探测器具有功耗低、不需超低温制冷、可靠性高、使用简单、易集成、近红外探测效率高等优点,在光通讯波段(1310 nm、1550 nm)量子密钥分发(QKD)、激光测距(1064nm、1550nm)等前沿领域有着迫切的应用需求,但其暗计数特性对应用有诸多限制。

InGaAs(P)/InPSPAD基近红外单光子探测器主要包括InGaAs(P)/InP SPAD及其驱动电路,二者的性能均可影响探测器性能。

本论文主要针对InGaAs(P)/InP SPAD基近红外单光子探测器的暗计数特性及其影响因素、InGaAs(P)/InPSPAD暗电流特性及其影响因素进行深入研究,探索二者关联特性,为SPAD器件及单光子探测器的性能优化提供指导。

搭建SPAD 器件变温测试平台对SPAD暗电流特性进行了研究;搭建激光束诱导电流(LBIC)测试系统对SPAD器件的响应均匀性及其边缘击穿特性进行了研究;研制SPAD器件单光子探测性能测试装置对不同SPAD器件对应单光子探测器的暗计数特性进行了研究。

对SPAD器件暗电流特性及其对应单光子探测器的暗计数关联性进行探索,研究发现SPAD雪崩击穿偏压处的暗电流斜率与相应单光子探测器的暗计数相关,斜率较小时相应的暗计数较小;暗电流与暗计数存在抖动情况,此抖动均与温度呈负相关,与过偏压无关。

目前对暗计数特性的研究主要集中于影响机制,并未发现对上述结果的报导。

基于InGaAs(P)InP APD的单光子探测器的研制和性能研究

基于InGaAs(P)/InP APD的单光子探测器的研制和性能研究单光子探测器是目前量子信息领域、激光雷达和生物医学等领域的关键器件。

基于InGaAs(P)/InP雪崩光电二极管(APD)的单光子探测器适用于近红外波段,制冷要求低,响应速度快,体积小巧,光纤与器件耦合较容易,实用性较强。

然而,相对于超导纳米线等性能更高的探测器以及用于可见光波段探测的光电倍增管和SiAPD,基于InGaAs(P)/InPAPD的单光子探测器的主要缺点在于其探测效率相对偏低,后脉冲概率较大。

单光子探测器常用于量子通信、激光雷达、荧光寿命分析等应用,不同应用对探测器的性能和工作条件要求差别较大,且其各项性能指标受外部参数影响较大。

研究单光子探测器的性能与其工作模式和参数的关系,特别是后脉冲效应与各参数的关系,针对不同应用系统研究不同侧重点的单光子探测技术,具有重要的研究意义和应用价值。

本论文研制了基于InGaAs(P)/InPAPD的近红外自由运转单光子探测器和门控单光子探测器,对其性能的测试方法和影响因素进行了研究,重点针对后脉冲效应进行了深入研究,并在激光测距系统应用中比较了两种探测器的性能及其对系统性能的影响。

主要的研究内容如下:1.综合现有猝灭恢复电路的优点,设计了超低延迟的主动猝灭主动恢复(AQAR)电路,研制了高性能的自由运转单光子探测器。

设计了在APD的阳极或阴极进行雪崩提取和猝灭的多种不同AQAR电路组合,不同电路组合具有不同的猝灭延迟和不同的最大过偏压。

对不同电路组合的雪崩猝灭性能进行了比较研究,并以此为指导对电路结构进行改进。

利用商用SiGe集成电路比较器、高速E-pHEMT射频晶体管和电容平衡噪声抑制电路设计了超低延迟的AQAR电路,其中巧妙地利用了比较器自身的锁存功能实现雪崩后猝灭状态的锁存,降低了反馈环路延迟;引入了电容平衡法,较好地消除了微分噪声。

改进的AQAR电路使雪崩持续时间短至约1ns,显著提高了自由运转探测器的性能。

InGaAs光电探测器的可靠性研究.doc

InGaAs光电探测器的可靠性研究InGaAs器件具有光谱响应度快、量子效率高、电学性能好等优点,符合新一代微光器件的发展需求。

以InGaAs材料制备的器件已经在光电领域得到了广泛应用,但其可靠性问题也日益突出。

由于器件本身的可靠性不稳定,在其进一步封装进入模块后失效会造成更大的危害。

InGaAs器件的使用寿命比一般探测器长,需要用实验方法在短时间内发现器件在长期使用过程中的退化规律。

因此采用加速老化实验的方法,研究InGaAs PIN光电探测器长时间的性能演化特性对光通信、光传感等领域有着重要作用。

本文的主要内容归纳如下:1.介绍InGaAs光电探测器的相关原理,包括探测器的PIN结构和工艺流程,从探测器芯片的流片到器件的封装。

在原有探测器的基础之上,对现有的器件结构进行调整和优化。

将器件分为优化前和优化后两个大组,每组设置四个扩散深度,研究InGaAs光电探测器Z_n 扩散的一般规律。

2.介绍加速老化实验的相关原理。

器件受到不同的应力,如温度、湿度、电应力时,会有不同的失效模式,不同应力使用的加速老化模型不相同。

研究过程中需要选择与失效模式对应的加速老化模型。

3.对InGaAs光电探测器在高温加速老化实验中的暗电流特性进行监测,并对实验结果进行研究。

实验中针对优化前后的光电探测器设置五种不同的温度应力梯度。

通过对器件失效时间的分析,得到不同扩散深度器件的实验激活能,并拟合器件在正常工作时的使用寿命。

4.借助实验激活能进一步修正加速模型的加速因子,使之能够更准确地反映InGaAs光电探测器寿命的客观规律。

同时将单一应力下的老化模型外推,在多应力下的老化实验也可以采用该方法进行寿命实验和失效分析。

最后根据本实验结果总结得出器件扩散工艺对可靠性的影响,以此对工业生产上提出指导性意见。

pin光电探测器原理

pin光电探测器原理光电探测器是一种能够将光信号转换为电信号的设备，其中pin光电探测器是最常见的一种。

它的原理是基于光电效应和pn结构的特性。

让我们来了解一下光电效应。

光电效应是指当光照射到物质表面时，光子的能量被物质中的电子吸收，使得电子从物质中解离出来，从而产生电流。

这个过程是通过光子的能量被电子吸收，使得电子获得足够的能量跳出原子轨道而实现的。

在pin光电探测器中，p区和n区之间形成了一个pn结。

当光照射到探测器的表面时，光子的能量被探测器吸收，激发了p区和n区中的电子。

在pn结的电场作用下，电子会被推向n区，而空穴会被推向p区。

这个过程导致了p区和n区之间形成了一个光生电势差。

光生电势差的大小与光子的能量有关，因此，当光子的能量足够大时，光生电势差也会相应增大。

这样，我们就可以通过测量光生电势差的大小来确定光子的能量，从而获得光信号的强度。

pin光电探测器的另一个重要特点是它的高频响应能力。

由于pn结的结电容较小，因此电子和空穴在pn结中的移动速度较快。

这使得pin光电探测器能够快速地响应光信号的变化，适用于高频信号的检测。

除了高频响应能力，pin光电探测器还具有较高的灵敏度和低的噪声水平。

这是因为pn结的电子和空穴在结区域中会产生电流，而这个电流会被引出并放大，从而提高了探测器的灵敏度。

同时，由于pn结的电流会受到一些噪声的影响，因此pin光电探测器还会采取一些措施来降低噪声水平，以提高信号的清晰度。

总结起来，pin光电探测器利用光电效应和pn结的特性，实现了光信号到电信号的转换。

它具有高频响应能力、较高的灵敏度和低的噪声水平等优点。

在各种光学应用中，pin光电探测器都扮演着重要的角色，例如光通信、光谱分析、光电子学等领域。

它的出现不仅推动了光学技术的发展，而且在人类的生活中也起到了重要的作用。

长波长、高灵敏度的InP／InGaAs谐振腔光电探测器

（ｎｅｆＯｐｉａｏＣｅｔｒｏｔｌＣｍｍｕｉｔｎＢｉｎｉｅｓｔｆｓｓａｄＴｅｅｏｍｍｕｉａｉｎＢｉｎｃｎｃｉ，ｅｉｇＵｎｖｒｉｏｔｎｌｃａｏｉｙＰｏｎｃｔｓ，ｅｊｇｏｉ
１０７Ｃｎ）０８６．ｈｉａ
ａｃｅｖｉｓｅｅｒｔｏｎｔｅｃｐａｉｙｏｆｐｈｏｏｄｔｃｏａｅｃｉｈｏｃｒａｅｏｈｅｑｕｎｔｈｉｅｈｇｈ—ｐｅｄＯｐａｉｈａｃｔｔｅｅｔｒｗｓｒｄｕｅｗｔｕｔｄｅｅｓｆｔａｕｍｅｆｉｅｃｖｉｒｔｎｉｐ［ｔｔｏｆｃｉｎｙ，ａｐｏｏｍａｎａｎ．ＬＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｓａｎｃｖｔｎｈａｅ（ＲｅｏｎｔａｉｙｅｎｃｄＲＣＥ）ｐｈｏｏｅｅｃｏｒ｝Ｌｏａｅｌｎｇｈ：Ｈｉｓｅｒｓｏｎｓｔｄｔｔｎｇｗｖｅｔｇｈ— ｐｅｄｅｐｅ｝Ｈｉｆｉｉｎｃｇｈｅｆｃｅｙ
ＡｂｔａｔＩｈｓｐｐｒａｎ／ｎＡｓｒｓｎｎａｉｙｅｈｎｅ（ｓｒｃ：ｎｔｉａｅ，ｎＩＰｌＧａｅｏａｔｃｖｔｎａｃｄＲＣＥ）ｐｏｏｅｅｔｒｗｈｃｓｐｏｓｈｔｄｔｅｏｉｈｉｒｍｉ
ｉｇｏｉｈｓｅｄ— ｉｈｅｆｃｅｃｓｒｐｒｅ．ｅｒａｌｍｉａｅｓａｏｔｄ，ｏｃｒｕｅｔｔｅｐｏ — ｎｆｇｐｅｈｇｆｉｉｎｙｉｅｏｔｄＴｈｅｒｉｕｎｔｄｗａｄｐｅｔｉｃｍｖｎｈｒｂｈｌｌｍｆｔｅｌｗｅｌｃｉｉｆＩＰｌＧａＰｄｓｒｂｔａｇｒｆｅｔｒ（Ｒ）ｇｏｎＩＰｓｂｔａｅ，ｅｏｈｏｒｆｔｖｔｏｎ／ｎＡｓｉｔｉｕｅＢｒｇｅｌｃｏｅｙＤＢｒｗｎｏｎｕｓｒｔａｄｑａｔｅｆｉｎｙｏ０ｎｕｎｕｍｆｉｅｃｆ８ｃａ．８ｍａｅｎａｈｅｅｔｎａｓｒｔｎｌｙｒｎｙ０２ｍ．ｔ１５３ｈｓｂｅｃｉｖｄｗｉａｂｏｐｉａｅｌ－ｈｏｏＴｏ

InGaAs／InP雪崩光电探测器异质结结构优化分析

ｄｗｎｖｌａｅａｈｅｇｅｔｒｇｉｌｏｏｔｉｅｎＳｏｏｔｇｎｄｔｒａｅａｎａｓｂａｎｄｉＡＧＣＭｏａｅｏＳｃｍｐｒｄｔＡＣＭｔｕｔｒ．ｓｒｃｕｅＫｅｒｙｗｏｄｓ：ｖｌｎｈｏｏｄｔｃｏ；ａａａｃｅｐｈｔ— ｅｅｔｒＳＡＣＭ；ＳＡＧＣＭ；ａｋｃｕｒｎｔｍｕｔｐｉａｉｎｇｉＡＰＳｄｒｒｅ；ｌｉｌｃｔａｎ；ｏＹＳ
ＳｍｕｌｔｏｎｔｍｉｉｇｆｒＨｅｅｏｔｕｔｅｏｉａｉｎａｄＯｐｉｚｎｏｔｒｓｒｃｕｒｆ
ＩＧａ／ＩＰａａｈｏｏｄｔｃｏｓｎＡｓｎＡｖｌｎｃｅＰｈｔ．ｅｅｔｒ
ＬＩＷｅ，ＥｉＧＵＯＦｎ — ｎ， — ｅｇＺｉｑａｇ，ＨＵＪｎｈｏａｇｍｉＨＵＤａｐｎ，ＨＵＺ— ｉｎＣｕ — ａ（ｅａｏａｒｏｔｅＭｉｓｆｄｃｔｎＰｌｉａｏｔｒｌａｄＤｖｅ，ｏｌｅｏＫｙＬｂｒｏｆｈｎｔｏｕａｏｏｒｔｎＭａｉｓｎｅｉｓＣｌｇｆｔｙｉｒＥｙｉａｚｉｅａｃｅ
Ｉｆｍａｏｃｎｅｎｅｈｏｇ，ａｔｈｎｏｍａＵｉｒｉ，ｈｎｈｉ００２Ｃｉ）ｎｏｔｎＳｉｃｓａｄＴｃｎｌｙＥｓＣｉａＮｒｌｎｅｓｙＳａｇａ２０６，ｈｎｒｉｅｏｖｔａ
Ａｓｒｃ：ｎＩＧＡ／ｎａｎｈｈｔｅｅｔｒＡＤ）ｉＧＡＰｇａｅｌｅｄＩＰｃａｇｙｒｅｅｎｔｅｂｔａｔＡａｓＩＰａｌｃｅｏｄｔｃ（ＰｗｔＩａｓｒｄｙｒｎｒｌｅｔｅｎｖａｐｏｏｈｎａａｎｈｅａｂｗｈ

p-i-n InPInGaAs光电探测器的电流及电容特性研究

文章编号:1672-8785(2021)01-0001-05p-i-n In&InGaAs光电探测器的电流及电容特性研究夏少杰陈俊"(苏州大学电子信息学院，江苏苏州215006)摘要：为了实现高灵敏度探测，红外探测器需要得到优化&利用Silvaco 器件仿真工具研究了 p-i-n 型InP/Ino. 53Ga 0.47As/In 0. 53Ga °. 47A s 光电探测器的结构, 并模拟了该结构中吸收层浓度和台阶宽度对暗电流以及结电容的影响&结果表明，随着吸收层掺杂浓度的逐渐增大，器件的暗电流逐渐减小，结电容逐渐增大。

当台阶宽度变窄时，器件的暗电流随之减小，结电容也随之变小。

最后研究了光强和频率对器件结电容的影响&在低光强下，器件的结电容基本不变；当光强增大到1 W /m 2时，器件的结电容迅速增大&器件的结电容随频率的升高而减小，其 &关键词：近红外光电探测器；InP/InGaAs ；暗电流；结电容中图分类号：TN362文献标志码：A DOI ： 10.3969/j.issn.1672-8785.2021.01.001Research on Current and Capacitance Characteristicsof p-i-n In&InGaAs PhotodetectorXIA Shao-jie ，CHEN Jun **收稿日期：2020-08-28基金项目：国家自然科学基金项目(61774108)作者简介：夏少杰(1995-)，男，江苏苏州人，硕士生，主要从事红外光电器件研究。

*通讯作者:E-mail ： ****************.cn(.School of Electronic and Information Engineering ，Soocho2 University ，Suzhou 215006，China )Abstract : In order to achieve high sensitivity detection ，infrared detectors need to be optimized. Based on the Silvaco device simulation tool, the photoelectric characteristics of p-i-n InP/IriQ,53GaQ,47As/In 0.53GaQ,47As photode tector is analyzed. The effects of absorption concentration and mesa width on dark current and junction capaci tance in the structure are simulated. The results show that as the doping concentration of the absorption layergradua <yincreases ，thedarkcu r entofthedevicegradua <ydecreases ，andthejunctioncapacitancegradua <y increases. When the mesa width becomes narrower ，the dark current of the device decreases ，and the junctioncapacitance becomes smaller. Finally ，the effect of light intensity and frequency on the device junction capaci tance is studied. At low light intensity ，the device junction capacitance is basically unchanged. When the light intensityincreasesto1 W /cm 2!thedevicejunctioncapacitanceincreasesrapidly2Thedevicejunctioncapaci-tance increases with frequency decreasing. The peak is caused by defect levels.Key words:near-infrared photodetector；InP/InGaAs；dark current；junction capacitance0引言随着红外探测技术的不断发展，红外探测器作为该技术中最核心的部分也发展极为迅猛&红外探测器可将人类肉眼不可见的红外辐射能转换为可测量的能量！其研究最重要的是材料和器件结构的选择。

InGaAsInP台面型pin高速光电探测器

第58卷第3期2021年3月撳鈉电子故术Micronanoelectronic TechnologyVol. 58 No.3March 2021DOI：10. 13250/ki.wndz.2021. 03. 002♦暮件与技术％InGaAs/InP台面型p in高速光电探测器韩孟序，齐利芳，尹顺政(中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄 050051)摘要：介绍了一种应用于5G通信系统的高速光电探测器，设计了 I n P基台面型p in高速光电探测器材料结构，通过理论计算及软件模拟得到响应度和带宽随耗尽层厚度的变化规律，并对材料结构进行优化。

制备了光敏面直径为20 p m及耗尽层厚度分别为1.0、1.3和1.5 p m的器件。

对比响应度和带宽的理论值与实测值，结果表明实测值与理论值相符，当耗尽层厚度为1.3 pm 时响应度可达到0.89 A/W,带宽可达23 G H z以上，可满足25 G ib it/s的传输速率要求。

建立了探测器小信号模型对器件的带宽特性进行仿真，仿真结果与理论值一致，进一步验证理论分析的正确性。

关键词：光电探测器；InGaAs/In P;光通信；响应度；带宽；小信号模型中图分类号：T L814 文献标识码：A文章编号：1671-4776 (2021) 03-0196-05InGaAs/InP Mesa pin High-Speed PhotodetectorHan M engxu,Qi Lifang,Yin Shunzheng(T h e13th Research Institute ■,China Electronics Technology Group Corporation , S h ijia zh u a n g050051, C hina)Abstract ：A high-speed photodetector used in 5G communication system was introduced.The material structure of an InP-based mesa pin high-speed photodetector was designed.The variation laws of the responsivity and bandwidth with the depletion layer thickness were obtained by theoretical calculation and software simulation,and the material structure was optimized.The devices with a photosensitive surface diameter of 20 and depletion layer thickness of 1.0, 1.3 and1. 5 /nm were fabricated.The theoretical and measured values of the responsivity and bandwidthwere compared.The result shows that the measured values agree with the theoretical values.When the depletion layer thickness is1.3 p m,the responsivity can reach 0. 89 A/W and the bandwidth can be up to23 G H z,which can meet the transmission rate requirement of25 Gibit/s.The small signal model of the detector was established to simulate bandwidth characteristics of the device.The simulation result is consistent with the theoretical value,which further verifies the correctness of the theoretical analysis.Key words：photodetector；InGaAs/InP；optical communication；responsivity；bandwidth；small signal modelEEACC：7230C收稿日期：2020-10-19E-mail：******************196韩孟序等：InGaAs/I n P台面型p in高速光电探测器〇引言随着5G通信、云计算、高清视频和虚拟现实等新业务的迅猛发展，全球通信数据量急剧增长，25和lOOGibit/s光传输技术正逐步成为市场热点。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

SHINE-YOU TECHNOLOGY CO., LTD
Addr: 3F,Bld.5,Shangsha Innovative Science & Tech Park,Futian,Shenzhen,China,518048 Tel: +86-755-29812573 Email: info@
微型封装（MINI CAN ）InGaAs PIN 光电探测器
特点：
微型封装，封装尺寸≤2.41 mm 高响应工作电压 5V 超低暗电流单针脚密封
工作温度 -40～+85℃ 应用：光纤通信数据/图像传输光纤传感光测量仪器仪表
最大额定值：
工作温度（℃） -40～+125 存储温度（℃） -50～+125
正向电流（mA ） 4/8 反向电压（V ） ≥20
光电特性（T = 25℃，Vr = 5 V ）参数
指标测试条件光敏面直径（μm ） 75/300
带宽（GHz ） 1.5/0.5 RL = 50 Ω λ= 1310 nm 0.85/0.80 响应度（A/W ） λ= 1550 nm
0.90/0.85 暗电流（nA ） 0.3 / 1
总电容（pF ） 0.6/6.0 f = 1 MHz
响应度一致性（dB ） ±0.2
λ = 1530～1620 nm, T = -10～+85℃
注意事项
（1）静电对器件有极大伤害，使用中要保证人体、测试仪表、检验装置及工作台接地良好。

（2）电源需有稳压装置，且不可在开关电源过程中产生冲击电压损害器件。

（3）焊接时烙铁应接地良好，温度控制在260℃±5℃，时间不超过5 秒。

（4）测试正向电压时要监控正向电流，不超过100 μA ，否则会击穿器件而失效。