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互联网的飞速发展、持续增加的带宽需求成为光纤通信系统发展的驱动力。目前,光纤通信正在向智能化、集成化、低成本和高可靠性的新一代光网络演进,因此对光电器件也提出了更高的要求。光电集成器件较分立封装的光电组件具有几何尺寸小、寄生参量小、成本低和可靠性高等优点,因此成为光通信和光电子领域的研究热点。本论文工作是围绕国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(No.2003CB314900)、国家高科技研究发展计划(863计划)项目(No.2003AA31g050、No.2006AA03Z416和No.2007AA03Z418)、国家自然科学基金项目(No.60576018)及重点项目(No.90601002)、国际科技合作重点项目计划项目(No.2006DFB11110)展开的。论文针对异质结双极晶体管(HBT)、单片集成光接收机前端以及具有波长选择功能的单片集成解复用接收器件进行研究。基于本实验室现有的设备和工艺技术,通过大量的理论分析和实验工艺探索,取得的主要研究成果如下所述:1.从材料的物理特性出发,利用HBT的物理器件模型及各参量的表达式,研究了InP基HBT各主要物理参量的变化对器件性能的影响。提出了可用于光电集成的InP基HBT的优化设计方案。2.基于本实验室的工艺线,完成了InP基HBT的器件外延结构和版图设计、掌握了器件的制备工艺。成功制备了InP基HBT以及PIN光探测器和NiCr电阻。其中采用MBE生长的发射极宽度2μm的InP基HBT,开肩电压为0.43V,击穿电压大于2V,直流增益达到100倍,截止频率达到38GHz;采用MOCVD生长的发射极宽度2μm的InP基HBT,开启电压为0.4V,击穿电压大于2V,直流增益为30倍,截止频率达到40GHz。3.采用HBT大信号模型和PIN光探测器的高频模型,进行了模型参数提取,设计了多种形式的前端放大电路。通过对电路形式进行优化和比较,选择了跨阻反馈单极共射放大电路的形式成功制备了PIN-PD+HBT单片集成光接收机前端。其中,光探测器台面面积为22×22μm~2,HBT发射极宽度为3μm,NiCr电阻的方阻值为100Ω。探测器外加2.5V反向偏压、电路外加2V偏压时测得该集成器件的3dB带宽为3GHz。4.进一步对RCE-PD+HBT单片集成光接收机前端进行了研究。该集成器件能够缓解PIN光探测器量子效率和HBT高频性能之间相互制约的问题。对该集成器件进行了实验验证。5.提出基于GaAs/InP异质外延的RCE-PD+HBT单片集成光接收机前端。成功制备了其中的GaAs基InP/InGaAs HBT,开启电压为0.4V,击穿电压大于2V,直流增益为20倍,截止频率为10GHz。这一工作是实验室用异质外延的方法解决半导体光电子集成这一思想的一个具体应用,同时也证明了目前异质外延材料的质量可以用于器件的制备。6.提出一种具有多波长处理功能的单片集成解复用光接收器件,该集成器件做为集成光分插复用设备中的关键组成部分能够完成波分复用多波长信号的解复用接收功能。对该集成器件的关键制备工艺进行了摸索,实现了具有两个不同中心波长的阶梯形GaAs基滤波器,中心响应波长为1533.6nm和1518.6nm,线宽约为0.5nm。7.实验室提出的特殊图案透明欧姆接触微结构能够在不影响器件入光面积的情况下有效地减小光探测器的结电容进而提高器件的响应速率。本论文针对网状和环状欧姆接触微结构进行了进一步研究,并得出了定量结论。