InGaAs/InGaAsP/Si SAGCM-APD频率响应深度分析及影响因素

本文主要探讨了InGaAs/InGaAsP/Si SAGCM-APD（Separation-Avalanche-Gain-Combining-Multiplier Avalanche Photodiode）的频率响应特性，这是一种高性能光电二极管，特别适用于长距离高速光纤通信系统。作者陶彦耘、黄辉、张欣和张帅基于北京邮电大学信息光子学与光通信研究院的研究背景，从载流子浓度连续性方程出发，运用矩阵代数的方法来分析SAGCM-APD各层结构（包括吸收区、倍增区、电荷区和渐变区）的响应特性和相互作用。 研究的关键在于理解增益和各层厚度对器件频率响应的影响。研究发现，随着增益的增加，器件的3dB带宽会减小，这是由于增益的提高可能导致信号衰减更快。同时，倍增区、吸收区、电荷区和渐变区的厚度变化也会影响频率响应，其中倍增区厚度在高增益条件下对3dB带宽和增益带宽积有显著影响。然而，在理想电荷区和渐变区厚度范围内，这些区域的厚度调整对整体性能的影响相对较小。 值得注意的是，由于InGaAs和Si晶格的不匹配，SAGCM-APD的设计需要采用键合技术（wafer bonding），将InGaAs与Si基底结合，这可能涉及到额外的技术挑战。过渡层的InGaAsP的使用有助于减少电子陷落效应，从而优化器件响应的稳定性。 此外，文章还指出，尽管InGaAs/InGaAsP/Si SAGCM-APD具有高量子效率和增益带宽积的优势，但其商业化的InGaAs APD由于InP材料的电离系数问题导致噪声因子较大。相比之下，虽然Si APD截止波长较短，不适合现代光传输系统，但结合InGaAs的优点和Si的电荷控制能力，这种新型SAGCM-APD有望成为适合光纤通信系统应用的理想选择。 综上，该论文深入剖析了SAGCM-APD的内部结构和工作原理，对于优化此类器件的设计和性能优化具有重要的理论指导意义。通过优化材料组合和结构参数，有望进一步提升其在高速光纤通信系统中的应用性能。