中国电子科技集团公司第四十三研究所微系统安徽省重点实验室, 安徽 合肥 230088
半导体单光子雪崩二极管可实现微弱信号的探测, 在量子通讯、激光雷达和大气探测等领域具有重要应用。虽然半导体单光子雪崩二极管的性能主要取决于探测芯片设计、流片工艺和外围匹配电路的设计, 但后续的封装技术对其探测性能也有重要的影响。聚焦多年来半导体单光子雪崩二极管的封装发展, 简要介绍了相应封装形式和技术, 以及封装对于雪崩二极管性能的影响, 最后对半导体单光子雪崩二极管的封装发展前景做出了展望。
半导体单光子雪崩光电二极管 封装技术 暗计数 探测效率 热管理技术 光路耦合技术 semiconductor single-photon avalanche photodiodes packaging technology dark countings detection efficiency thermal management technology optical coupling technology
光子学报
2022, 51(11): 1104002
Author Affiliations
Abstract
Center for Photonics and Semiconductors, School of Power and Mechanical Engineering, Wuhan University, Wuhan 430072, China
Solar-blind ultraviolet photodetectors (SBPDs) have attracted tremendous attention in the environmental, industrial, military, and biological fields. Aluminum gallium nitride (AlGaN), a kind of representative III-nitride semiconductor, has promising prospects in solar-blind photodetection owing to its tunable wide bandgap and industrial feasibility. Considering the high defect density in the AlGaN epilayer directly grown on a sapphire substrate, employing an AlN/sapphire template turns out to be an effective method to achieve a high-quality AlGaN epilayer, thereby enhancing the SBPD performances. In recent years, a variety of remarkable breakthroughs have been achieved in the SBPDs. In this paper, the progress on photovoltaic AlGaN-based SBPDs is reviewed. First, the basic physical properties of AlGaN are introduced. Then, fabrication methods and defect annihilation of the AlN/sapphire template are discussed. Various photovoltaic SBPDs are further summarized, including Schottky barrier, metal-semiconductor-metal, p-n/p-i-n and avalanche photodiodes. Furthermore, surface modification and photoelectrochemical cell techniques are introduced. Benefitting from the development of fabrication techniques and optoelectronic devices, photovoltaic AlGaN photodiodes exhibit a promising prospect in solar-blind ultraviolet photodetection.
photovoltaic AlGaN photodiodes solar-blind ultraviolet photodetection AlN/sapphire template Chinese Optics Letters
2022, 20(11): 112501
北京邮电大学信息光子学与光通信国家重点实验室,北京 100876
光通信系统不断提升的传输速率对光电探测器的带宽提出了更高的要求。利用有限元分析软件APSYS对p区倒置型雪崩光电探测器(APD)进行设计与优化。结果表明,双台面p区倒置型 APD可将电场限制在中心区域,避免器件发生边缘击穿,器件的暗电流约为0.1 nA,最大带宽为23 GHz,增益带宽积为276 GHz。在此结构上,对双台面p区倒置型 APD的台面及层结构参数进行优化,得到最大带宽为31.7 GHz,增益带宽积为289.4 GHz的三台面p区倒置型 APD。
光通信 光电探测器 p区倒置型雪崩光电探测器 台面结构 增益带宽积 中国激光
2022, 49(13): 1306002
1 云南大学物理与天文学院,云南昆明 650091
2 云南大学量子信息重点实验室,云南昆明 650091
3 昆明理工大学理学院,云南昆明 650093
雪崩光电二极管(APD)因为其高灵敏度和高增益带宽的优势已被广泛应用在高比特率、远程光纤通信系统中,而雪崩过程中产生的过剩噪声直接影响到 APD的信噪比,因此,研究过剩噪声对 APD性能的提升具有重要意义。目前,国内外测试雪崩光电二极管过剩噪声的方法主要有直接功率测量法和相敏探测法,本文对这两种测试方法和其优缺点进行了分析,并介绍了最新的改进测试思路。同时,还总结了降低过剩噪声的 3种方法: 选择低碰撞电离系数比的材料,降低倍增层厚度和采用 APD碰撞电离工程来降低噪声。
雪崩光电二极管 过剩噪声因子 相敏探测法 碰撞电离工程 avalanche photodiodes, excess noise factor, phase-
重庆邮电大学 光电工程学院/国际半导体学院 微电子系, 重庆 400065
采用标准的0.18μm CMOS工艺, 设计了一种新型的应用于可见光通信系统的雪崩光电二极管(APD)。相较于传统的CMOS APD, 该器件在深n阱/p衬底的结构基础上增加一层p阱, 再在其上分别离子注入一层n+/p+层作为器件的雪崩击穿层, 并且采用STI结构来防止器件边缘过早击穿。仿真结果表明, 器件的雪崩击穿电压为9.9V, 暗电流为1×10-12A, 3dB带宽为5.9GHz, 响应度为1.2A/W。由于STI保护环和短接深n阱/p衬底的结构设计, 器件暗电流较传统结构CMOS APD降低了2个量级, 且带宽提高了约10%。
雪崩光电二极管 可见光通信 pn结 STI保护环 带宽 响应度 avalanche photodiodes visible light communication CMOS CMOS pn junction STI guard ring bandwidth responsivity