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硅基雪崩光电二极管蓝光增敏研究

王浩冰  
【摘要】:雪崩光电二极管(Avalanche Photodiode,APD)是一种具有高增益、快响应速度、小体积等特点的光电探测器,常用于光通信、激光测距、医疗检测、光电成像等领域,可见光通信(Visible Light Communication,VLC)作为光通信技术的研究热点之一,适用该系统的APD引起了科研人员的广泛关注。硅基雪崩光电二极管(Si-APD)具有可见光宽谱段响应、低噪声等特点,在VLC光探测中有极大的发展潜力。然而,目前Si-APD蓝光响应度较低,使其在VLC系统的应用受到一定限制。本论文围绕提高Si-APD蓝光响应度开展研究工作,设计优化了器件基本外延结构,并通过Ag-NPs阵列提高Si的蓝光吸收,以进一步增强Si-APD的蓝光探测率。取得主要成果如下:(1)设计了一种高蓝光响应度的Si-APD基本外延结构。计算结果表明,反偏电压为V_(bias)=0.95V_(br)时,蓝光(0.4~0.5μm)响应度为7.64~12.40A·W~(-1);(2)设计了银纳米颗粒(Ag-NPs)阵列。通过激发局域表面等离激元共振(LSPR)效应增强了硅的蓝光吸收。仿真计算结果表明,吸收率达到94%,光生载流子数量增加了53%,载流子平均寿命提高了54.5%;(3)设计了一种垂直侧入射薄膜式蓝光Si-APD基本外延结构。反偏电压为V_(bias)=0.95V_(br)时,蓝光响应度为4.29~6.47A·W~(-1)。基于LSPR效应垂直侧入射式Si-APD的蓝光响应度为2.43~9.41A·W~(-1),与未激发LSPR效应时相比,响应度最大提高54.89%,相应的入射波长为λ=0.47μm。


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