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与PIN探测器和APD探测器相比,异质结光敏晶体管探测器(HPT)具有光增益大、频率响应高、噪声低、响应度高、易与HBT集成等优点,因为具有内部增益和非线性处理能力,在高速光纤通信网和光载微波通信系统中的应用越来越广泛。但是HPT使用异质结晶体管(HBT)的基区和集电区作为吸收层,由于光生空穴的迁移率低等因素,HPT在响应度与响应速度的优化上存在矛盾。为了缓解矛盾得到同时具有高响应度与高响应速度的器件,我们将单载流子传输(UTC)的思想运用在In P基异质结晶体管探测器(HPT)中,仅用基区作为吸收层,形成InP基单载流子双异质结晶体管探测器(UTC-DHPT)。针对UTC-DHPT晶体管探测器,本文的主要工作内容如下:1.建立了UTC-DHPT器件的物理模型,描述UTC-DHPT基区产生的光生载流子与器件内部载流子的行为,分析了UTC-DHPT的光响应度和光增益。设计并优化了UTC-DHPT器件的纵向结构和横向结构。2.基于半导体器件仿真软件Silvaco建立了UTC-DHPT的二维仿真模型,对比分析了UTC-DHPT器件和传统单异质结光敏晶体管(SHPT)的基本性能。结果表明,与SHPT相比,UTC-DHPT更能获得高的光响应度和光增益,最大的光响应度达到37.5A/W,并且UTC-DHPT器件更适合处理大功率的光信号。UTC-DHPT可以提供良好的电学电流增益,为光探测器和前置放大器的OEIC单片集成的设计和工艺制作提供了方便。3.详细分析了UTC-DHPT的光学高频性能,得到了光特征频率的表达式。讨论了UTC-DHPT不同工作模式(二端工作模式2T、三端工作模式3T以及DHBT工作状态)下,光生载流子产生光生集电结电压对器件小信号等效模型中扩散电容与势垒电容的影响。基于Silvaco仿真模型,分析了不同工作模式下UTC-DHPT和SHPT以及DHBT工作状态下的特征频率和短路电流增益。结果表明,UTC-DHPT比传统的SHPT有更好的频率特性,三端工作模式下的UTC-DHPT可以同时提供高响应度和高响应速度。4.将光生电流合理引入双极晶体管小信号等效电路中,充分考虑光生载流子对发射结扩散电容与势垒电容的影响,给出了UTC-DHPT器件在二端工作模式2T、三端工作模式3T以及DHBT工作状态下的小信号等效电路,进一步分析了UTC-DHPT在三种不同工作模式下的光学高频性能。5.完成了InP基高速高响应度UTC-DHPT器件的外延生长、制备和器件测试。测试结果表明,与传统的SHPT和PIN型光探测器相比,UTC-DHPT光响应度达到了10.46A/W,能提供更大的光增益,光特征频率达到了50.5GHz。