GaAs光电探测器电极设计及非线性光响应特性研究

【摘要】在电光取样技术和高速光通信系统中，对1.31μm和1.55μm波长的超短激光脉冲的测量日益显得重要。而砷化镓（GaAs）晶体是光电子学领域重要的半导体材料，其禁带宽度为1.43ev，对应的双光子响应的波长范围是0.88-1.73μm，正好覆盖了高速光电子学以及光通信领域里常用的1.31μm和1.55μm这两个重要的波长。所以GaAs双光子响应探测器将在光电子学和光通信领域发挥重要作用。本文阐述了双光子响应中的双光子吸收、倍频吸收和场致倍频吸收理论。设计了基于GaAs材料的探测器的电极结构，通过ANSYS有限元软件对不同电极结构的静电场进行了模拟，初步建立了电场分布模型，清楚地看出电场的分布情况，模拟结果显示针状电极在双光子响应敏感区将产生最强电场。而场致倍频吸收强烈依赖于直流电场，因此这将有利于我们开展实验研究工作。在表面电场的作用下，GaAs晶体表面的对称性被破坏了，通过理论分析，我们得出了GaAs晶体二阶非线性极化率张量的改变，其对称性由43m点群降为mm2点群。研究了两种铝电极结构的掺铬的半绝缘GaAs探测器在1.56μm激光照射下非线性响应特性。在外加偏压一定时，测得光电流随入射光功率呈二次方关系；当光功率一定时，测得的光电流随外加偏压变化也呈二次方关系。这说明探测器的光电流产生机理主要是GaAs样品对1.56μm的光产生了倍频吸收。对实验结果进行深入的理论分析表明，由表面电场和外加直流电场而诱导的场致倍频吸对GaAs固有的倍频吸收有很大影响。另外，在外加偏压一定的条件下，样品的非线性光响应敏感区的电极在不同极性的偏压下，探测器光电流大小的变化规律和暗电流大小的变化规律正好相反。具体来说，对于半球形GaAs样品而言，在大小相同的偏压下，当中心电极加负偏压时，样品底面中心附近的外加电场的方向和样品表面电场方向相同，造成耗尽层变宽，耗尽层中的电场增强，此时样品的等效电阻变大，光电流变大而暗电流变小。反之，当中心电极加正偏压时，外加电场的方向和样品表面电场方向相反，造成耗尽层变窄，耗尽层中的电场减弱，此时样品的等效电阻变小，光电流变小暗电流变大。我们从表面能带弯曲和表面电场理论完美地解释上述实验研究结果。
【作者】李一；
【导师】刘秀环；
【作者基本信息】吉林大学，通信与信息系统，2014，硕士
【关键词】GaAs晶体；非线性光响应；表面电场；场致倍频吸收；

【参考文献】
[1]卜斐.金花菜深加工工艺技术研究与控制[D].南京财经大学,食品科学,2012,硕士.
[2]新型.消息报道[J].化工新型材料,2015,04:252-254.
[3]王磊.基于未确知测度的防空指挥自动化系统效能评估方法研究[D].电子科技大学,电子与通信工程（专业学位）,2012,硕士.
[4]李高平.曲线曲面的逐点生成算法[D].合肥工业大学,计算机软件与理论,2003,硕士.
[5]裴广强.想象的偶然——从近代早期中英煤炭业比较研究看“加州学派”的分流观[J].清史研究,2014,03:60-77.
[6]毛良勤.mTOR基因多态性与肝细胞癌遗传易感性的关联研究[D].广西医科大学,流行病与卫生统计学,2013,硕士.
[7]熊永强.应用人工神经网络计算流体的径向分布函数和汽液平衡[D].广西大学,化学工艺,2004,硕士.
[8]杨启金.中共纪念活动推进马克思主义大众化研究[D].西南大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[9]杨桥樱.亚砷酸钠诱导人永生化角质形成细胞株HaCaT恶性转化及肿瘤干细胞标志物的表达及意义[D].广西医科大学,营养与食品卫生学,2013,硕士.
[10]王连莉.碳化钨铝相和非晶碳相的结构与力学性质的模拟研究[D].吉林大学,2014.
[11]汪娅骅.基于多支持向量机的直线电机结构优化设计[D].安徽大学,检测技术与自动化装置,2014,硕士.
[12]史志伟,韩敏.ESN岭回归学习算法及混沌时间序列预测[J].控制与决策,2007,03:258-261+267.
[13]宣飞.中国金融结构和金融效率的关联性研究[D].安徽大学,金融学,2013,硕士.
[14]田甜.贴片机多目标飞行对中图像识别技术的研究与实现[D].广东工业大学,机械工程（专业学位）,2014,硕士.
[15]夏萌萌.韩国儿童汉语学习策略研究及其启示[D].吉林大学,汉语国际教育,2014,硕士.
[16]张莉.版面编排设计在城市视觉导向系统中的运用[D].安徽工程大学,平面艺术设计,2012,硕士.
[17]孟宏钟.我国上市公司治理结构若干问题研究[D].对外经济贸易大学,企业管理,2004,硕士.
[18]王金健.先进制造业一线员工素质提升体系构建研究[D].北京交通大学,2013.
[19]孔令雅.复合接种土壤生物对红壤性状及花生生长的影响[D].南京农业大学,土壤学,2012,硕士.
[20]倪炜豪.超宽带CMOS下变频混频器优化设计[D].北京交通大学,微电子学与固体电子学,2013,硕士.
[21]张晓明.烟草主要化学指标与卷烟风格感官评价的修正复相关性分析[D].云南财经大学,应用统计（专业学位）,2014,硕士.
[22]李前进.新颖亲和整体柱的设计、制备和应用[D].南京大学,分析化学,2014,博士.
[23]张延荣,张咪,廖文娟.二氧化钛与石墨烯的复合材料及其在水处理中的应用[A].中国化学会环境化学专业委员会、中国环境科学学会环境化学分会、中国毒理学会分析毒理专业委员会.第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C].中国化学会环境化学专业委员会、中国环境科学学会环境化学分会、中国毒理学会分析毒理专业委员会:,2011:1.
[24]王海燕.基于复杂网络的城市轨道交通网络形态分析[D].北京交通大学,2014.
[25]王云.法定刑设置探讨[D].华东政法学院,刑法,2004,硕士.
[26]李鹏飞.城市轨道交通再生制动实验系统设计与仿真[D].西南交通大学,系统工程,2013,硕士.
[27]郑路.接受美学视角下散文翻译的意境重构[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[28]陈佳佳.基于Z-Score模型的有色金属行业上市公司财务预警研究[D].中国地质大学（北京）,会计学,2014,硕士.
[29]彭宇,罗清华,王丹,彭喜元.基于区间数聚类的无线传感器网络定位方法[J].自动化学报,2012,07:1190-1199.
[30]申志强.国资委对国有企业内部控制的影响机制研究[D].云南财经大学,会计学,2014,硕士.
[31]马海峰.基于神经网络入侵检测模型的研究[D].哈尔滨理工大学,2004.
[32]张立军.中温固体氧化物燃料电池LaBaCo_2O_(5+σ)基双钙钛矿阴极材料的性能研究[D].吉林大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[33]任璐璐.石墨烯纳米复合材料的制备、结构及性能研究[D].复旦大学,高分子化学与物理,2012,博士.
[34]屈平.量子密码技术开辟通信安全新时代[J].世界电信.2004(08)
[35]王琦,左国防.卟啉类化合物/石墨烯纳米复合材料的制备及其光诱导电子传递性质研究[J].材料导报,2013,21:61-65.
[36]唐海萍,史培军,李自珍.沙坡头地区不同配置格局油蒿和柠条水分生态位适宜度研究[J].植物生态学报,2001,01:6-10.
[37]高燕妮.从目的论角度看严复所译《天演论》的合理性[D].成都理工大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[38]吴小璇.论我国建设工程法律关系中的权利冲突[D].吉林大学,民商法学,2013,硕士.
[39]刘晗.基于Hownet和Verbnet的中文动词性隐喻识别[D].厦门大学,计算机技术,2014,硕士.
[40]张海鹏.恶意代码的行为分析[D].南京邮电大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[41]叶兰兰.城市轨道交通再生制动能量回收系统研究[D].西南交通大学,轨道交通电气化与自动化,2013,硕士.
[42]赵和兵.基于自主学习理论的初中化学学案导学研究[D].广西师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[43]李丹.水体中蒽酶联免疫检测方法研究[D].吉林大学,兽医,2014,硕士.
[44]魏晓平.高中音乐课中世界民族音乐的教学研究[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2013,硕士.
[45]马兰.染色体3q28区域遗传变异与膀胱癌发病风险的研究[D].南京医科大学,劳动卫生与环境卫生学,2013,硕士.
[46]袁明,瞿礼嘉,王小菁,钱前,杨维才,王台,孔宏智,蒋高明,种康.2013年中国植物科学若干领域重要研究进展[J].植物学报,2014,04:347-406.
[47]周慧.洪江古商城传统民居空间组构形态研究[D].湖南师范大学,设计艺术学,2013,硕士.
[48]张梓梁.并联式混合动力环卫车动力系统设计与仿真研究[D].武汉理工大学,动力机械及工程,2012,硕士.
[49]记者张陵洋.石煤装备遭游资连番爆炒[N].北京商报,2012-08-14006.
[50]蔡蘅.李丽芸教授中药人工周期疗法治疗排卵障碍性不孕的研究[D].广州中医药大学,中医学（专业学位）,2013,硕士.