Кар көчкүсү фотодетекторунун (APD фотодетекторунун) принципи жана учурдагы абалы. Экинчи бөлүк.

Иштин принциптери жана азыркы абалыкөчкү фотодетектору (APD фотодетекторуЭкинчи бөлүк

2.2 APD чипинин түзүлүшү
Акылга сыярлык чип түзүлүшү жогорку өндүрүмдүүлүктөгү түзмөктөрдүн негизги кепилдиги болуп саналат. APD структуралык дизайны негизинен RC убакыт константасын, гетероөткөрүлмөдөгү тешиктерди кармоону, ташуучунун түгөнүш аймагы аркылуу өтүү убактысын жана башкаларды эске алат. Анын түзүлүшүнүн өнүгүшү төмөндө кыскача баяндалган:

(1) Негизги түзүлүш
Эң жөнөкөй APD түзүлүшү PIN фотодиодуна негизделген, P аймагы жана N аймагы катуу легирленген, ал эми N-типтеги же P-типтеги кош репелленттүү аймак коңшу P аймагына же N аймагына киргизилип, экинчилик электрондорду жана тешик жуптарын пайда кылат, ошентип баштапкы фототоктун күчөшүн ишке ашырат. InP сериясындагы материалдар үчүн, тешиктердин сокку иондоштуруу коэффициенти электрондук сокку иондоштуруу коэффициентинен чоң болгондуктан, N-типтеги легирлөөгө күч берүү аймагы адатта P аймагына жайгаштырылат. Идеалдуу кырдаалда, күч берүү аймагына тешиктер гана сайылат, ошондуктан бул түзүлүш тешик сайылган структура деп аталат.

(2) Абсорбция жана күчөтүү айырмаланат
InPтин кең тилкелүү аралыгы мүнөздөмөлөрүнөн улам (InP 1,35 эВ жана InGaAs 0,75 эВ), InP адатта күчөтүү зонасынын материалы катары, ал эми InGaAs сиңирүү зонасынын материалы катары колдонулат.

(3) Жутулуу, градиент жана күчтөндүрүү (SAGM) структуралары тиешелүү түрдө сунушталат
Учурда көпчүлүк коммерциялык APD түзмөктөрү InP/InGaAs материалын колдонот, абсорбциялык катмар катары InGaAs, бузулбай жогорку электр талаасындагы (>5x105V/cm) InP, күчөтүү зонасынын материалы катары колдонулушу мүмкүн. Бул материал үчүн бул APDдин дизайны N-типтеги InPде көчкү процесси тешиктердин кагылышуусу менен пайда болот. InP жана InGaAs ортосундагы тилке аралыгынын чоң айырмасын эске алганда, валенттик тилкедеги энергия деңгээлинин болжол менен 0,4 эВ айырмасы InGaAs абсорбциялык катмарында пайда болгон тешиктерди InP көбөйткүч катмарына жеткенге чейин гетероөткөрүлмө четинде тосуп коёт жана ылдамдык бир топ төмөндөйт, натыйжада бул APDнин жооп берүү убактысы узак жана өткөрүү жөндөмдүүлүгү тар болот. Бул көйгөйдү эки материалдын ортосуна InGaAsP өткөөл катмарын кошуу менен чечүүгө болот.

(4) Жутулуу, градиент, заряд жана күчөтүү (SAGCM) структуралары тиешелүү түрдө сунушталат
Жутуу катмарынын жана күчөтүү катмарынын электр талаасынын бөлүштүрүлүшүн андан ары жөнгө салуу үчүн, түзмөктүн конструкциясына заряд катмары киргизилет, бул түзмөктүн ылдамдыгын жана жооп кайтаруу жөндөмүн бир топ жакшыртат.

(5) Резонатор менен күчөтүлгөн (RCE) SAGCM түзүлүшү
Жогорудагы салттуу детекторлордун оптималдуу конструкциясында, абсорбция катмарынын калыңдыгы түзмөктүн ылдамдыгы жана кванттык эффективдүүлүк үчүн карама-каршы фактор экендигин моюнга алышыбыз керек. Абсорбция катмарынын жука калыңдыгы алып жүрүүчүнүн өтүү убактысын кыскартышы мүмкүн, ошондуктан чоң өткөрүү жөндөмдүүлүгүн алууга болот. Бирок, ошол эле учурда, жогорку кванттык эффективдүүлүккө жетүү үчүн, абсорбция катмарынын жетиштүү калыңдыгы болушу керек. Бул көйгөйдүн чечими резонанстык көңдөй (RCE) түзүлүшү болушу мүмкүн, башкача айтканда, бөлүштүрүлгөн Брэгг рефлектору (DBR) түзмөктүн астыңкы жана үстүнкү бөлүгүндө иштелип чыккан. DBR күзгүсү түзүлүшү боюнча төмөн сынуу көрсөткүчү жана жогорку сынуу көрсөткүчү бар эки түрдүү материалдардан турат жана экөө кезектешип өсөт жана ар бир катмардын калыңдыгы жарым өткөргүчтөгү түшкөн жарыктын толкун узундугуна 1/4 туура келет. Детектордун резонатордук түзүлүшү ылдамдык талаптарына жооп бере алат, абсорбция катмарынын калыңдыгын абдан жука кылууга болот жана бир нече жолу чагылдырылгандан кийин электрондун кванттык эффективдүүлүгү жогорулайт.

(6) Четке туташкан толкун өткөргүч түзүлүш (WG-APD)
Жутулуу катмарынын калыңдыгынын түзмөктүн ылдамдыгына жана кванттык эффективдүүлүккө тийгизген ар кандай таасирлеринин карама-каршылыгын чечүүнүн дагы бир чечими - чети менен байланышкан толкун өткөргүч түзүлүшүн киргизүү. Бул түзүлүш жарыкка капталдан кирет, анткени жутулуу катмары абдан узун, жогорку кванттык эффективдүүлүккө жетүү оңой жана ошол эле учурда, жутулуу катмарын өтө жука кылып жасоого болот, бул алып жүрүүчүнүн өтүү убактысын кыскартат. Ошондуктан, бул түзүлүш өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн жана эффективдүүлүктүн жутулуу катмарынын калыңдыгына болгон ар кандай көз карандылыгын чечет жана жогорку ылдамдыктагы жана жогорку кванттык эффективдүүлүккө APD жетишет деп күтүлүүдө. WG-APD процесси RCE APD процессине караганда жөнөкөй, бул DBR күзгүсүнүн татаал даярдоо процессин жокко чыгарат. Ошондуктан, ал практикалык тармакта ишке ашырууга ыңгайлуураак жана жалпы тегиздик оптикалык туташуу үчүн ылайыктуу.

3. Жыйынтык
Кар көчкүнүн өнүгүшүфотодетекторматериалдар жана түзүлүштөр каралып чыгат. InP материалдарынын электрон жана тешик кагылышуу иондоштуруу ылдамдыгы InAlAs материалдарына жакын, бул эки алып жүрүүчү симбиондун кош процессине алып келет, бул көчкүнүн пайда болуу убактысын узартат жана ызы-чуунун күчөшүнө алып келет. Таза InAlAs материалдарына салыштырмалуу InGaAs (P) /InAlAs жана In (Al) GaAs/InAlAs кванттык кудук структураларында кагылышуу иондоштуруу коэффициенттеринин катышы жогорулаган, ошондуктан ызы-чуунун көрсөткүчтөрүн бир топ өзгөртүүгө болот. Түзүлүшү жагынан алганда, сиңирүү катмарынын калыңдыгынын түзмөктүн ылдамдыгына жана кванттык эффективдүүлүккө ар кандай таасирлеринин карама-каршылыктарын чечүү үчүн резонатор менен күчөтүлгөн (RCE) SAGCM структурасы жана чети менен байланышкан толкун өткөргүч структурасы (WG-APD) иштелип чыккан. Процесстин татаалдыгынан улам, бул эки структуранын толук практикалык колдонулушун андан ары изилдөө керек.