多量子阱apd器件的结构优化和外延生长

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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：多量子阱APD器件的结构优化和外延生长论文作者：杜玉杰学科：电子科学与技术指导教师：邓军副教授论文提交日期：2016年6月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN312学号：S201302005密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：多量子阱APD器件的结构优化和外延生长英文题目：THESTRUCTUREOPTIMIZATIONANDEPITAXIALGROWTHO

2、FMQWAPD论文作者：杜玉杰学科专业：电子科学与技术研究方向：半导体光电子学申请学位：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：2016年6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

3、谢意。签名：杜玉杰日期：2016年6月3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：杜玉杰日期：2016年6月3日导师签名：邓军日期：2016年6月3日摘要摘要雪崩光电二极管（avalanchephotodiode,简记为APD）由于其固有的倍增机制，能够探测微弱的光信号并且器件结构简单、成本低、体积小，使

4、得它用作光接收器具有更大的优势。APD要实现高速、高灵敏度、低噪声，要求用作倍增层材料的电子离化率α和空穴离化率β的差异尽可能大。多量子阱（超晶格）结构中异质材料能带带边的不连续性能够使电子离化几率相对于空穴离化几率显著增大。本论文基于碰撞离化理论研究了异质材料超晶格结构对载流子离化率的作用，根据用于长波长（1.3～1.65μm）的InP基光电探测器的性能要求结合超晶格的能带结构和材料性质设计了具有In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As超晶格结构的雪崩光电二极管（superlatticea

5、valanchephotodiode,简记为SAPD）。本文以实现高信噪比的长波长SAPD为目的，研究工作主要包括以下几个方面：（1）在碰撞离化理论中讨论了离化阈值的重要作用，为了进行碰撞过程的宏观描述，引入了雪崩增益的离化系数；对超晶格结构对载流子离化率的作用机理进行了详细的公式推导和理论分析。（2）利用半导体仿真工具对器件结构进行优化，分析不同结构参数对器件性能的影响，得到了低隧道电流、高倍增因子的超晶格结构雪崩层；根据电场分布方程模拟了器件二维电场分布对电荷层厚度及掺杂的依赖关系；基于量子效率和器件响应

6、速度优化了吸收层的结构参数。（3）进行材料的生长条件优化实验，得到高质量的外延材料；解决In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As超晶格材料外延生长的经验问题；进行关键掺杂技术的调试；完成具有超晶格结构的雪崩光电二极管器件的外延生长。（4）进行器件的光电特性测试，与吸收层、渐变层、电荷层、倍增层分离的雪崩光电二极管做比较，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：多量子阱（超晶格）结构；雪崩光电二极管；结构优化；外延生长。I北京工业大学工学硕士学位论文AbstractAvalan

7、chephotodiodehasmuchmoreadvantagesworkingasalightreceiverduetosimplestructure,lowcost,smallvolumeanditsinherentmechanismofmultiplicationforwhatcandetecttheweaklightsignal.Inordertorealizehighspeed,highsensitivityinandlownoiseinavalanchephotodiode,electronic

8、ionizationrateαandholeionizationrateβofmultiplicationlayermaterialmustbedifferentfromeachotherasmuchaspossible.Bandgapdiscontinuityofheterogeneousmaterialbandedgeinmultiplequantumwell(superlattice)stru