InGaAs fotodetektorining tuzilishi

ning tuzilishiInGaAs fotodetektori

1980-yillardan boshlab, uyda va chet elda tadqiqotchilar InGaAs fotodetektorlarining tuzilishini o'rganishdi, ular asosan uch turga bo'lingan. Ular InGaAs metall-Semiconductor-metall fotodetektori (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) va InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Turli tuzilmalarga ega InGaAs fotodetektorlarini ishlab chiqarish jarayoni va narxida sezilarli farqlar mavjud, shuningdek, qurilma ishlashida ham katta farqlar mavjud.

InGaAs metall-yarim o'tkazgich-metallfotodetektor, (a) shaklda ko'rsatilgan, Shottki birikmasiga asoslangan maxsus tuzilmadir. 1992 yilda Shi va boshqalar. epitaksi qatlamlarini o'stirish uchun past bosimli metall-organik bug 'fazali epitaksiya texnologiyasidan (LP-MOVPE) foydalangan va 1,3 mkm to'lqin uzunligida 0,42 A / Vt yuqori sezgirlikka va 5,6 pA dan past qorong'i oqimga ega bo'lgan InGaAs MSM fotodetektorini tayyorlagan. m² 1,5 V da. 1996 yilda zhang va boshqalar. InAlAs-InGaAs-InP epitaksi qatlamini o'stirish uchun gaz fazali molekulyar nurli epitaksiyadan (GSMBE) foydalangan. InAlAs qatlami yuqori qarshilik xususiyatlarini ko'rsatdi va o'sish sharoitlari rentgen nurlari diffraktsiyasini o'lchash orqali optimallashtirildi, shuning uchun InGaAs va InAlAs qatlamlari orasidagi panjara mos kelmasligi 1 × 10⁻³ oralig'ida edi. Bu 10 V da 0,75 pA/m² dan past qorong'u oqim va 5 V da 16 ps gacha tez o'tkinchi javob bilan qurilmaning optimallashtirilgan ishlashiga olib keladi. Umuman olganda, MSM strukturasi fotodetektori oddiy va integratsiyalashuvi oson bo'lib, past qorong'u oqimni (pA) ko'rsatadi. buyurtma), lekin metall elektrod qurilmaning samarali yorug'lik yutilish maydonini kamaytiradi, shuning uchun javob boshqa tuzilmalarga qaraganda past bo'ladi.

InGaAs PIN fotodetektori shakl (b) da ko'rsatilganidek, P-tipli kontakt qatlami va N-tipli kontakt qatlami orasiga ichki qatlam qo'yadi, bu tükenme hududining kengligini oshiradi, shuning uchun ko'proq elektron-teshik juftlarini nurlantiradi va hosil qiladi. kattaroq fototok, shuning uchun u mukammal elektron o'tkazuvchanligiga ega. 2007 yilda A.Poloczek va boshqalar. MBE dan sirt pürüzlülüğünü yaxshilash va Si va InP o'rtasidagi panjara mos kelmasligini bartaraf etish uchun past haroratli bufer qatlamini o'stirish uchun foydalanilgan. MOCVD InGaAs PIN strukturasini InP substratiga birlashtirish uchun ishlatilgan va qurilmaning sezgirligi taxminan 0,57A / Vt edi. 2011 yilda Armiya Tadqiqot Laboratoriyasi (ALR) PIN-fotodetektorlardan foydalangan holda navigatsiya, to'siqlar/to'qnashuvlarning oldini olish va kichik uchuvchisiz yerdagi transport vositalari uchun qisqa masofali nishonni aniqlash/identifikatsiya qilish uchun liDAR tasvirlagichini o'rganish uchun arzon mikroto'lqinli kuchaytirgich chipi bilan birlashtirilgan. InGaAs PIN fotodetektorining signal-shovqin nisbati sezilarli darajada yaxshilandi. Shu asosda, 2012 yilda ALR robotlar uchun 50 m dan ortiq aniqlash diapazoni va 256 × 128 o'lchamlari bilan ushbu liDAR tasvirlagichidan foydalangan.

InGaAsko'chki fotodetektorio'ziga xos daromadli fotodetektor bo'lib, uning tuzilishi (c) rasmda ko'rsatilgan. Elektron-teshik juftligi atom bilan to'qnashish, yangi elektron teshik juftlarini hosil qilish, ko'chki effektini hosil qilish va materialdagi muvozanat bo'lmagan tashuvchilarni ko'paytirish uchun ikkilanish mintaqasi ichidagi elektr maydoni ta'sirida etarli energiya oladi. . 2013 yilda Jorj M MBE dan InP substratida mos keladigan InGaAs va InAlAs qotishmalarini o'stirish uchun qotishma tarkibidagi o'zgarishlar, epitaksial qatlam qalinligi va modulyatsiyalangan tashuvchi energiyaga doping yordamida elektroshok ionlanishini maksimal darajada oshirish va teshik ionlanishini minimallashtirish uchun foydalangan. Ekvivalent chiqish signalining kuchayishida APD past shovqin va past qorong'u oqimni ko'rsatadi. 2016 yilda Sun Jianfeng va boshqalar. InGaAs ko'chki fotodetektori asosida 1570 nm lazer faol tasvirlash tajriba platformasi to'plamini qurdi. ning ichki sxemasiAPD fotodetektoriqabul qilingan aks-sadolar va to'g'ridan-to'g'ri raqamli signallarni chiqaradi, bu butun qurilmani ixcham qiladi. Tajriba natijalari rasmda ko'rsatilgan. (d) va (e). Shakl (d) - tasvirlash maqsadining fizik fotosurati va (e) - uch o'lchamli masofaviy tasvir. Ko'rinib turibdiki, c maydonining deraza maydoni A va b maydonlari bilan ma'lum bir chuqurlik masofasiga ega. Platforma impuls kengligi 10 ns dan kam, bitta impuls energiyasi (1 ~ 3) mJ sozlanishi, qabul qiluvchi linzalar maydoni 2 ° burchagi, 1 kHz takrorlash chastotasi, detektorning ish nisbati taxminan 60% ni amalga oshiradi. APD ning ichki fotooqim kuchayishi, tezkor javob, ixcham o'lchami, chidamliligi va arzonligi tufayli APD fotodetektorlari PIN-kod-kodli fotodetektorlarga qaraganda aniqlash tezligidan kattaroq bo'lishi mumkin, shuning uchun hozirgi asosiy liDAR asosan ko'chki fotodetektorlari tomonidan ustunlik qiladi.

Umuman olganda, uyda va chet elda InGaAs tayyorlash texnologiyasining jadal rivojlanishi bilan biz MBE, MOCVD, LPE va boshqa texnologiyalardan InP substratida keng maydonli yuqori sifatli InGaAs epitaksial qatlamini tayyorlash uchun mohirona foydalanishimiz mumkin. InGaAs fotodetektorlari past qorong'u oqim va yuqori sezgirlikni namoyish etadi, eng past qorong'u oqim 0,75 pA / m² dan past, maksimal sezgirlik 0,57 A / Vt gacha va tez vaqtinchalik javobga ega (ps tartibi). InGaAs fotodetektorlarining kelajakdagi rivojlanishi quyidagi ikki jihatga qaratiladi: (1) InGaAs epitaksial qatlami bevosita Si substratida o'stiriladi. Hozirgi vaqtda bozordagi mikroelektron qurilmalarning aksariyati Si asosida ishlab chiqariladi va InGaAs va Si asosidagi keyingi integratsiyalashgan rivojlanishi umumiy tendentsiyadir. InGaAs / Si ni o'rganish uchun panjara mos kelmasligi va termal kengayish koeffitsienti farqi kabi muammolarni hal qilish juda muhimdir; (2) 1550 nm to'lqin uzunligi texnologiyasi etuk bo'lib, kengaytirilgan to'lqin uzunligi (2,0 ~ 2,5) mkm kelajakdagi tadqiqot yo'nalishidir. In komponentlarining ko'payishi bilan InP substrati va InGaAs epitaksial qatlami o'rtasidagi panjara mos kelmasligi yanada jiddiy dislokatsiya va nuqsonlarga olib keladi, shuning uchun qurilmaning jarayon parametrlarini optimallashtirish, panjara nuqsonlarini kamaytirish va qurilmaning qorong'u oqimini kamaytirish kerak.


Xabar berish vaqti: 2024 yil 06-may