英国谢菲尔德大学为首国际团队在近红外APD研究取得突破
发布时间：2019-07-28 13:45:39 热度：2951
7/29/2019, 光纤在线英国消息，谢菲尔德大学易鑫博士供稿，以英国谢菲尔德大学陈志兴教授为首的一个国际性研发团队在近红外雪崩击穿二极管研究方面取得突破，有望对现有光电探测器技术实现巨大进步。
近红外雪崩击穿二极管(APD)探测器是高速、高灵敏度光通信系统以及激光雷达等热门应用的核心元器件。可目前以铟镓砷雪崩击穿二极管（InGaAs APD）为主导的近红外APD始终受限于传统倍增区材料,磷化铟(InP)和铟铝砷(InAlAs),的随机碰撞电离噪声，从而导致该器件灵敏度大幅度降低。多年来国内外研究学者都在积极寻找与InGaAs、InP光电平台工艺兼容、却拥有与体硅材料（Silicon）的超低碰撞电离噪声性能类似的新型半导体材料。
英国谢菲尔德大学先进探测器研发中心主任，陈志兴(Chee Hing Tan)教授，于2012年首次提出采用与InP平台匹配的鋁砷銻（AlAs0.56Sb0.44）作为倍增区材料，并成功展示了AlAs0.56Sb0.44 在薄膜倍增层厚度下，其器件具备低噪声、低工作电压性能。
谢菲尔德大学研发团队随后协同卡迪夫大学Ser Cymru Research Chair, Diana Huffaker教授、谢拾玉博士以及加州大学洛杉矶分校集成纳米结构中心主任梁宝来博士，合作开展AlAs0.56Sb0.44在宽电场工作状态下的材料特性研究。其中梁宝来博士采用数字合金的生长方式解决了厚膜AlAs0.56Sb0.44外延材料的技术挑战，并由谢菲尔德大学John David教授和陈志兴教授主导下对其增益与噪声性能进行了完整的材料测试与分析。随后谢拾玉博士通过对AlAs0.56Sb0.44 分离吸收倍增层APD结构设计、以及器件增益带宽积与灵敏度性能模拟计算分析，指出基于该材料体系的垂直型器件结构可实现室温下单波25Gbps的信号输送，并且在误码率为10-12 APD灵敏度为-25.7 dBm。
该工作结果发表于最新一期的Nature Photonics[1]。根据相关的测试与模拟分析结果，证明AlAs0.56Sb0.44 可以超越现有所有InGaAs APD技术，甚至包括Si/Ge APD。这将是对现有光电探测器技术的巨大进步，并且其接近理论极限的增益-噪声特性将对5G光通信、基于激光雷达系统的无人驾驶、以及光纤通信带来革命性创新。
目前团队正积极开发其理论预测的高速及高灵敏度器件性能。
Reference:
[1] Xin Yi et al., Nature Photonics (2019) ; DOI : https://doi.org/10.1038/s41566-019-0477-4
近红外雪崩击穿二极管(APD)探测器是高速、高灵敏度光通信系统以及激光雷达等热门应用的核心元器件。可目前以铟镓砷雪崩击穿二极管（InGaAs APD）为主导的近红外APD始终受限于传统倍增区材料,磷化铟(InP)和铟铝砷(InAlAs),的随机碰撞电离噪声，从而导致该器件灵敏度大幅度降低。多年来国内外研究学者都在积极寻找与InGaAs、InP光电平台工艺兼容、却拥有与体硅材料（Silicon）的超低碰撞电离噪声性能类似的新型半导体材料。
英国谢菲尔德大学先进探测器研发中心主任，陈志兴(Chee Hing Tan)教授，于2012年首次提出采用与InP平台匹配的鋁砷銻（AlAs0.56Sb0.44）作为倍增区材料，并成功展示了AlAs0.56Sb0.44 在薄膜倍增层厚度下，其器件具备低噪声、低工作电压性能。
谢菲尔德大学研发团队随后协同卡迪夫大学Ser Cymru Research Chair, Diana Huffaker教授、谢拾玉博士以及加州大学洛杉矶分校集成纳米结构中心主任梁宝来博士，合作开展AlAs0.56Sb0.44在宽电场工作状态下的材料特性研究。其中梁宝来博士采用数字合金的生长方式解决了厚膜AlAs0.56Sb0.44外延材料的技术挑战，并由谢菲尔德大学John David教授和陈志兴教授主导下对其增益与噪声性能进行了完整的材料测试与分析。随后谢拾玉博士通过对AlAs0.56Sb0.44 分离吸收倍增层APD结构设计、以及器件增益带宽积与灵敏度性能模拟计算分析，指出基于该材料体系的垂直型器件结构可实现室温下单波25Gbps的信号输送，并且在误码率为10-12 APD灵敏度为-25.7 dBm。
该工作结果发表于最新一期的Nature Photonics[1]。根据相关的测试与模拟分析结果，证明AlAs0.56Sb0.44 可以超越现有所有InGaAs APD技术，甚至包括Si/Ge APD。这将是对现有光电探测器技术的巨大进步，并且其接近理论极限的增益-噪声特性将对5G光通信、基于激光雷达系统的无人驾驶、以及光纤通信带来革命性创新。
目前团队正积极开发其理论预测的高速及高灵敏度器件性能。
Reference:
[1] Xin Yi et al., Nature Photonics (2019) ; DOI : https://doi.org/10.1038/s41566-019-0477-4
