Көчкү фотодетекторунун (APD фотодетекторунун) принциби жана учурдагы абалы Экинчи бөлүк

принциби жана азыркы абалыкар көчкү фотодетектору (APD фотодетектору) Экинчи бөлүм

2.2 APD чип структурасы
Эстүү чип структурасы жогорку өндүрүмдүүлүгү түзмөктөрдүн негизги кепилдиги болуп саналат.APDнин структуралык дизайны негизинен RC убакыттын константасын, гетероикциядагы тешиктерди басып алууну, түгөнүү аймагы аркылуу ташуучунун өтүү убактысын жана башкаларды карайт.Анын структурасын өнүктүрүү төмөнкүдөй жалпыланган:

(1) Негизги түзүлүш
Эң жөнөкөй APD түзүмү PIN фотодиодуна негизделген, P аймагы жана N аймагы катуу легирленген, ал эми экинчилик электрондорду жана тешиктерди түзүү үчүн чектеш P аймагында же N аймагында N-түрү же P-тиби кош репелленттик аймак киргизилет. жуптар, баштапкы фототоктун күчөшүн ишке ашыруу үчүн.InP сериясындагы материалдар үчүн тешиктердин иондошуу коэффициенти электрондук таасир этүүнүн иондошуу коэффициентинен чоң болгондуктан, N-типтеги допингдин пайда аймагы адатта P аймагына жайгаштырылат.Идеалдуу кырдаалда пайда аймагына тешиктер гана сайылат, ошондуктан бул түзүлүш тешикче сайылган структура деп аталат.

(2) Абсорбция жана пайда айырмаланат
InP (InP 1,35eV жана InGaAs 0,75eV) кең тилкелүү өзгөчөлүктөрүнөн улам, InP адатта пайда зонасы материалы жана InGaAs абсорбция зонасы материалы катары колдонулат.

(3) Тиешелүүлүгүнө жараша абсорбция, градиент жана пайда (SAGM) структуралары сунушталат
Учурда көпчүлүк коммерциялык APD аппараттары InP/InGaAs материалын колдонушат, InGaAs жутуу катмары катары, InP жогорку электр талаасында (>5x105V/см) бузулбастан, пайда зонасы катары колдонулушу мүмкүн.Бул материал үчүн, бул APD долбоорлоо көчкү жараяны тешиктердин кагылышуусу менен N-тип InP түзүлөт.InP жана InGaAs ортосундагы тилкелик боштуктун чоң айырмасын эске алуу менен, валенттик тилкедеги болжол менен 0,4eV энергия деңгээлинин айырмасы InGaAs жутуу катмарында пайда болгон тешиктерди InP мультипликатордук катмарына жеткенге чейин гетероошуу четинде тоскоолдук кылат жана ылдамдык абдан чоң болот. кыскарган, натыйжада узак жооп берүү убактысы жана бул APD тар өткөрүү жөндөмдүүлүгү.Бул көйгөй эки материалдын ортосунда InGaAsP өткөөл катмарын кошуу менен чечилиши мүмкүн.

(4) Тиешелүүлүгүнө жараша абсорбция, градиент, заряд жана пайда (SAGCM) структуралары сунушталат
Абсорбциялык катмардын жана пайда катмарынын электр талаасынын бөлүштүрүлүшүн андан ары тууралоо үчүн заряд катмары аппараттын конструкциясына киргизилет, бул аппараттын ылдамдыгын жана жооп берүү жөндөмдүүлүгүн бир топ жакшыртат.

(5) Резонатор күчөтүлгөн (RCE) SAGCM түзүмү
Салттуу детекторлордун жогорудагы оптималдуу конструкциясында биз абсорбциялык катмардын калыңдыгы аппараттын ылдамдыгы жана кванттык эффективдүүлүгү үчүн карама-каршы фактор экенине туш болушубуз керек.Соруу катмарынын жука калыңдыгы ташуучунун өтүү убактысын кыскарта алат, ошондуктан чоң өткөрүү жөндөмдүүлүгүн алууга болот.Бирок ошол эле учурда жогорку кванттык эффективдүүлүктү алуу үчүн абсорбциялык катмардын калыңдыгы жетиштүү болушу керек.Бул маселени чечүү резонанстык көңдөй (RCE) түзүлүшү болушу мүмкүн, башкача айтканда, бөлүштүрүлгөн Bragg Reflector (DBR) аппараттын ылдыйда жана жогоруда иштелип чыккан.DBR күзгүсү төмөн сынуу көрсөткүчү жана структурасы жогорку сынуу көрсөткүчү бар эки түрдүү материалдардан турат жана экөө кезектешип өсөт жана ар бир катмардын калыңдыгы жарым өткөргүчтөгү түшкөн жарык толкунунун 1/4 узундугуна жооп берет.Детектордун резонатордук түзүлүшү ылдамдыктын талаптарына жооп бере алат, жутуу катмарынын калыңдыгы өтө жука кылып, электрондун кванттык эффективдүүлүгү бир нече чагылуулардан кийин жогорулайт.

(6) Эч менен бириктирилген толкун өткөргүч структурасы (WG-APD)
Абсорбция катмарынын калыңдыгынын түзүлүштүн ылдамдыгына жана кванттык эффективдүүлүгүнө ар кандай таасирлеринин карама-каршылыгын чечүүнүн дагы бир чечими - бул чети-байланыштуу толкун өткөргүч түзүмүн киргизүү.Бул структура жарыкка капталдан кирет, анткени жутуу катмары өтө узун, жогорку кванттык эффективдүүлүктү алуу оңой жана ошол эле учурда жутуу катмарын өтө жука кылып, ташуучунун өтүү убактысын кыскартууга болот.Демек, бул түзүм өткөргүчтүн кеңдигинин жана эффективдүүлүгүнүн абсорбциялык катмардын калыңдыгынан ар кандай көз карандылыгын чечет жана жогорку ылдамдыкка жана жогорку кванттык эффективдүү APDге жетиши күтүлүүдө.WG-APD процесси RCE APDге караганда жөнөкөй, бул DBR күзгүсүн даярдоонун татаал процессин жокко чыгарат.Ошондуктан, ал практикалык чөйрөдө көбүрөөк мүмкүн жана жалпы тегиздик оптикалык байланыш үчүн ылайыктуу болуп саналат.

3. Корутунду
Көчкүнүн өнүгүшүфотодетекторматериалдар жана приборлор каралат.InP материалдарынын электрондор менен тешиктердин кагылышуусу иондошуу ылдамдыгы InAlAsдыкына жакын, бул эки алып жүрүүчү симбиондун кош процессине алып келет, бул көчкү куруу убактысын узартат жана ызы-чуу күчөйт.Таза InAlAs материалдарына салыштырмалуу InGaAs (P) /InAlAs жана In (Al) GaAs/InAlAs кванттык скважиналардын структуралары кагылышуу иондошуу коэффициенттеринин катышы жогору, ошондуктан ызы-чуу көрсөткүчтөрүн бир топ өзгөртүүгө болот.Түзүлүшү боюнча резонатордук күчөтүлгөн (RCE) SAGCM түзүмү жана кыры-коштолгон толкун өткөргүч структурасы (WG-APD) аппараттын ылдамдыгына жана кванттык эффективдүүлүгүнө абсорбциялык катмардын калыңдыгынын ар кандай таасирлеринин карама-каршылыктарын чечүү үчүн иштелип чыккан.Процесстин татаалдыгына байланыштуу бул эки структуранын толук практикалык колдонулушу мындан ары да изилденип чыгууну талап кылат.