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2023-05-09 16:52 |
Ansys Lumerical | 单行载流子光电探测器仿真方法
综述 +PS
jBO4! T'{9!By,P 在本例中,我们将研究混合硅基光电探测器的各项性能。单行载流子(uni-traveling carrier,UTC)光电探测器(PD)由InP/InGaAs制成,其通过渐变耦合的方式与硅波导相连。在本次仿真中,FDTD模块将分析光电探测器的光学响应,CHARGE模块将分析器件的电学特性。 |az2vD6P j#0JD!Vr [attachment=117757] q=}1ud}1 l dqU#{ 背景 V';l H2 "([/G?QAG 光电探测器的主要作用是将光信号转换为电信号,以解码出加载到光信道上编码的信息。因此我们可以使用Lumerical的光学和电学求解器对此类器件进行精确模拟和优化。首先采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了光电探测器的光学特性,计算光学吸收功率可以得出电子-空穴对的局部产生率。然后,将光学仿真求得的电子空穴对产生速率导入电学仿真(CHARGE)中用于求解的连续性方程。 `Qjs{H :bm%f%gg 对于高速光电二极管,通过将吸收层与收集层解耦,可以使用单行载流子(UTC)设计来优化渡越时间响应[1]。在传统的PIN结构中,载流子是在本征区中光生的,在本征区中,强场将载流子分离以产生光电流。载流子的速度通常是有限的,并且在大多数常见的材料(如锗)中空穴比电子慢,这会导致延迟和不对称响应。通过结合窄带隙和宽带隙半导体,可以隔离单个载流子类型(通常是电子),使得器件的光响应仅取决于这些载流子的传输。然而,与PIN光电二极管相比,UTC的能带结构要求通常需要III-V材料来实现,这使得在与硅基光子系统集成时面临额外的挑战。 `/^
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gB~^dv { 本例中光电探测器是基于集成在硅基光子系统上的InP/InGaAs混合波导光电二极管所设计的[2]。其包括100nm厚的InP键合/匹配层、250nm厚的GaAs吸收体和700nm厚的In P本征收集层。材料堆叠和相关的带结构如下图所示。测量了长度为25um、50um和150um的光电探测器[2]。 Evd|_ W- bf|ePGW? [attachment=117758] L& | |