ТүзүлүшүInGaAs фотодетектору
1980-жылдардан бери ата мекендик жана чет өлкөлүк изилдөөчүлөр InGaAs фотодетекторлорунун түзүлүшүн изилдеп келишет, алар негизинен үч түргө бөлүнөт. Алар InGaAs металл-жарым өткөргүч-металл фотодетектору (MSM-PD), InGaAs PIN фотодетектору (PIN-PD) жана InGaAs көчкү фотодетектору (APD-PD). Ар кандай түзүлүштөгү InGaAs фотодетекторлорун жасоо процессинде жана баасында олуттуу айырмачылыктар бар, ошондой эле түзмөктөрдүн иштешинде да чоң айырмачылыктар бар.
InGaAs металл-жарым өткөргүч-металлфотодетектор, (а) сүрөттө көрсөтүлгөндөй, Шоттки түйүнүнө негизделген атайын түзүлүш. 1992-жылы Ши жана башкалар эпитаксия катмарларын өстүрүү үчүн төмөнкү басымдагы металл-органикалык буу фазасындагы эпитакси технологиясын (LP-MOVPE) колдонушкан жана 1,3 мкм толкун узундугунда 0,42 А/Вт жогорку жооп берүүчүлүгүнө жана 1,5 В чыңалууда 5,6 пА/мкм² төмөн караңгы токко ээ болгон InGaAs MSM фотодетекторун даярдашкан. 1996-жылы Чжан жана башкалар InAlAs-InGaAs-InP эпитаксия катмарын өстүрүү үчүн газ фазасындагы молекулярдык нур эпитаксиясын (GSMBE) колдонушкан. InAlAs катмары жогорку каршылык мүнөздөмөлөрүн көрсөткөн жана өсүү шарттары рентген дифракциясын өлчөө менен оптималдаштырылган, ошондуктан InGaAs жана InAlAs катмарларынын ортосундагы торчо дал келбестиги 1×10⁻³ диапазонунда болгон. Бул 10 В чыңалууда 0,75 пА/мкм²ден төмөн караңгы ток жана 5 В чыңалууда 16 пс чейин тез өткөөл жооп менен түзмөктүн оптималдаштырылган иштешине алып келет. Жалпысынан алганда, MSM структурасындагы фотодетектор жөнөкөй жана интеграциялоо оңой, караңгы токту төмөн көрсөтөт (пА тартиби), бирок металл электрод түзмөктүн натыйжалуу жарыкты сиңирүү аянтын азайтат, ошондуктан жооп башка структураларга караганда төмөн.
InGaAs PIN фотодетектору (b) сүрөттө көрсөтүлгөндөй, P-типтеги контакттык катмар менен N-типтеги контакттык катмардын ортосуна ички катмарды киргизет, ал азайуу аймагынын туурасын көбөйтөт, ошону менен көбүрөөк электрондук-тешиги жуптарын нурлантат жана чоңураак фототокту түзөт, ошондуктан ал эң сонун электрондук өткөрүмдүүлүккө ээ. 2007-жылы А.Полочек жана башкалар беттин оройлугун жакшыртуу жана Si менен InP ортосундагы торчо дал келбестигин жоюу үчүн MBEди төмөнкү температурадагы буфердик катмарды өстүрүү үчүн колдонушкан. MOCVD InP субстратына InGaAs PIN түзүмүн интеграциялоо үчүн колдонулган жана түзмөктүн жооп берүүсү болжол менен 0,57A/W болгон. 2011-жылы Армиянын изилдөө лабораториясы (ALR) PIN фотодетекторлорун колдонуп, навигация, тоскоолдуктарды/кагылышууларды болтурбоо жана кичинекей пилотсуз жер үстүндөгү унаалар үчүн кыска аралыктагы буталарды аныктоо/аныктоо үчүн liDAR сүрөткө тартуучуну изилдеген, ал InGaAs PIN фотодетекторунун сигнал-ызы-чуу катышын бир кыйла жакшырткан арзан микротолкундуу күчөткүч чипи менен интеграцияланган. Ушул негизде, 2012-жылы ALR бул liDAR сүрөткө тартуучу аппаратты роботтор үчүн колдонгон, анын аныктоо диапазону 50 мден ашык жана чечилиши 256 × 128 болгон.
InGaAsкөчкү фотодетекторукүчтөндүрүүчү фотодетектордун бир түрү болуп саналат, анын түзүлүшү (с) сүрөттө көрсөтүлгөн. Электрон-тешиги жубу эки эселенген аймактын ичиндеги электр талаасынын таасири астында жетиштүү энергия алат, ошондуктан атом менен кагылышып, жаңы электрон-тешиги жуптарын пайда кылып, көчкү эффектин пайда кылып, материалдагы тең салмаксыз алып жүрүүчүлөрдү көбөйтөт. 2013-жылы Джордж М MBEди колдонуп, InP субстратында торчо менен дал келген InGaAs жана InAlAs эритмелерин өстүргөн, эритменин курамындагы өзгөрүүлөрдү, эпитаксиалдык катмардын калыңдыгын жана модуляцияланган алып жүрүүчү энергиясына кошулмаларды колдонуп, тешиктердин иондоштурулушун минималдаштыруу менен электрошок иондоштурулушун максималдуу түрдө жогорулатуу үчүн колдонгон. Эквиваленттүү чыгуу сигналынын күчөшүндө APD төмөнкү ызы-чууну жана төмөнкү караңгы токту көрсөтөт. 2016-жылы Сунь Цзяньфэн жана башкалар InGaAs көчкү фотодетекторунун негизинде 1570 нм лазердик активдүү сүрөт тартуу эксперименталдык платформасынын топтомун курушкан. Ички схемасыAPD фотодетекторужаңырыктарды кабыл алып, түз эле санарип сигналдарды чыгарып, бүт түзмөктү компакттуу кылат. Эксперименталдык жыйынтыктар (d) жана (e) сүрөттөрүндө көрсөтүлгөн. (d) сүрөтү - сүрөт тартуу бутасынын физикалык сүрөтү, ал эми (e) сүрөтү - үч өлчөмдүү аралыктын сүрөтү. С аянтынын терезе аянты А жана b аянттары менен белгилүү бир тереңдик аралыкка ээ экенин даана көрүүгө болот. Платформа импульстун туурасын 10 нстен аз, бир импульс энергиясын (1 ~ 3) мДж жөнгө салууга болот, кабыл алуучу линзанын талаасынын бурчу 2°, кайталоо жыштыгы 1 кГц, детектордун иштөө катышы болжол менен 60% түзөт. APDдин ички фототоктун күчөтүлүшү, тез жооп кайтаруусу, компакттуу өлчөмү, бышыктыгы жана арзан баасынын аркасында APD фотодетекторлору аныктоо ылдамдыгы боюнча PIN фотодетекторлоруна караганда бир топ жогору болушу мүмкүн, ошондуктан учурдагы негизги liDAR негизинен көчкү фотодетекторлорунан турат.
Жалпысынан алганда, InGaAs даярдоо технологиясынын үйдө жана чет өлкөлөрдө тез өнүгүшү менен, биз InP субстратында чоң аянттагы жогорку сапаттагы InGaAs эпитаксиалдык катмарын даярдоо үчүн MBE, MOCVD, LPE жана башка технологияларды чеберчилик менен колдоно алабыз. InGaAs фотодетекторлору караңгы токтун төмөндүгүн жана жогорку жооптуулукту көрсөтөт, эң төмөнкү караңгы ток 0,75 пА/мкм²ден төмөн, максималдуу жооптуулук 0,57 А/Вт чейин жана тез өткөөл жоопко ээ (ps тартиби). InGaAs фотодетекторлорунун келечектеги өнүгүшү төмөнкү эки аспектке багытталат: (1) InGaAs эпитаксиалдык катмары түздөн-түз Si субстратында өстүрүлөт. Учурда рыноктогу микроэлектрондук түзүлүштөрдүн көпчүлүгү Si негизинде жасалган жана андан кийин InGaAs жана Si негизинде интеграцияланган өнүгүшү жалпы тенденция болуп саналат. Торчолордун дал келбестиги жана жылуулук кеңейүү коэффициентинин айырмасы сыяктуу көйгөйлөрдү чечүү InGaAs/Si изилдөө үчүн абдан маанилүү; (2) 1550 нм толкун узундугу технологиясы жетилген жана узартылган толкун узундугу (2,0 ~ 2,5) мкм келечектеги изилдөө багыты болуп саналат. In компоненттеринин көбөйүшү менен, InP субстраты менен InGaAs эпитаксиалдык катмарынын ортосундагы торчо дал келбестиги олуттуураак дислокацияга жана кемчиликтерге алып келет, андыктан түзмөктүн процесстик параметрлерин оптималдаштыруу, торчо кемчиликтерин азайтуу жана түзмөктүн караңгы тогун азайтуу зарыл.
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 6-майы