InGaAs фотодетекторунун түзүмү

структурасыInGaAs фотодетектору

1980-жылдардан бери үйдөгү жана чет өлкөлүк изилдөөчүлөр InGaAs фотодетекторлорунун түзүмүн изилдеп чыгышты, алар негизинен үч түргө бөлүнөт. Алар InGaAs металл-жарым өткөргүч-металл фотодетектору (MSM-PD), InGaAs PIN фотодетектору (PIN-PD) жана InGaAs кар көчкү фотодетектору (APD-PD). Ар кандай түзүлүштөгү InGaAs фотодетекторлорунун өндүрүш процессинде жана наркында олуттуу айырмачылыктар бар, ошондой эле аппараттын иштешинде да чоң айырмачылыктар бар.

InGaAs металл-жарым өткөргүч-металлфотодетектор, (а) сүрөттө көрсөтүлгөн, Шоттки түйүнүнүн негизиндеги өзгөчө түзүлүш. 1992-жылы Ши жана башкалар. эпитаксиялык катмарларды өстүрүү үчүн төмөнкү басымдагы металл-органикалык буу фазасынын эпитаксисинин технологиясын (LP-MOVPE) колдонду жана 1,3 мкм толкун узундугунда 0,42 A/W жогорку жооп берүү жөндөмдүүлүгүнө жана 5,6 pA/ төмөн караңгы токко ээ болгон InGaAs MSM фотодетекторун даярдады. μm² боюнча 1,5 В. 1996-жылы, Zhang et al. InAlAs-InGaAs-InP эпитаксиялык катмарын өстүрүү үчүн газ фазасынын молекулярдык нур эпитаксиясы (GSMBE) колдонулган. InAlAs катмары жогорку каршылык мүнөздөмөлөрүн көрсөтүп, өсүү шарттары рентгендик дифракцияны өлчөө аркылуу оптималдаштырылган, ошондуктан InGaAs жана InAlAs катмарларынын ортосундагы торчолордун дал келбеши 1×10⁻³ диапазонунда болгон. Бул 10 Вда 0,75 pA/μm² төмөн караңгы ток менен оптималдаштырылган түзмөктүн иштешине алып келет жана 5 Вда 16 пс чейин тез убактылуу жооп берет. Жалпысынан MSM түзүмүнүн фотодетектору жөнөкөй жана оңой интеграцияланган, аз караңгы токту (pA) көрсөтөт. тартиби), бирок металл электрод аппараттын натыйжалуу жарык жутуу аянтын азайтат, ошондуктан жооп башка структураларга караганда төмөн болот.

InGaAs PIN фотодетектору P-түрү контакт катмары менен N-тип байланыш катмарынын ортосуна ички катмарды киргизет, (b) сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ал түгөнгөн аймактын туурасын көбөйтөт, ошентип көбүрөөк электрон-тешик жуптарын нурлантат жана чоңураак фототок, ошондуктан ал мыкты электрон өткөрүү көрсөткүчүнө ээ. 2007-жылы A.Poloczek et al. MBE теменку температурадагы буфердик катмарды өстүрүү үчүн беттин тегиздигин жакшыртуу жана Si жана InP ортосундагы торчолордун дал келбестигин жоюу үчүн колдонулат. MOCVD InGaAs PIN структурасын InP субстратына интеграциялоо үчүн колдонулган жана аппараттын жооп берүү жөндөмдүүлүгү болжол менен 0,57А / Вт болгон. 2011-жылы Армиянын Изилдөө Лабораториясы (ALR) PIN фотодетекторлорун навигация, тоскоолдуктарды/кагылышууларды болтурбоо жана чакан учкучсуз жердеги унаалар үчүн кыска аралыкка бутаны аныктоо/идентификациялоо үчүн изилдөө үчүн колдонгон. InGaAs PIN фотодетекторунун сигнал менен ызы-чуу катышын кыйла жакшыртты. Мунун негизинде, 2012-жылы ALR роботтор үчүн бул liDAR сүрөтүн колдонгон, аныктоо диапазону 50 мден ашык жана 256 × 128 токтому менен.

The InGaAsкар көчкү фотодетекторутүзүлүшү (в) сүрөттө көрсөтүлгөн пайда менен фотодетектордун бир түрү болуп саналат. Электрондук тешик түгөй эки эселенген аймактын ичиндеги электр талаасынын таасири астында атом менен кагылышып, жаңы электрон тешик жуптарын пайда кылып, көчкү эффектин түзө турган жана материалдагы тең салмактуу эмес алып жүрүүчүлөрдү көбөйтүүчү жетиштүү энергия алат. . 2013-жылы Джордж М MBEди InP субстратында шайкеш келген InGaAs жана InAlAs эритмелерин өстүрүү үчүн колдонгон, эритмелердин курамын, эпитаксиалдык катмардын калыңдыгын жана модуляцияланган алып жүрүүчү энергиясына допингди колдонуп, электрошок иондоштурууну максималдуу кылып, тешик иондоштурууну азайткан. Эквиваленттүү чыгуу сигналынын жогорулашында APD ызы-чуу жана азыраак караңгы токту көрсөтөт. 2016-жылы Sun Jianfeng et al. InGaAs көчкү фотодетекторунун негизинде 1570 нм лазердик активдүү сүрөттөө эксперименталдык платформасынын комплексин курган. ички схемасыAPD фотодетекторукабыл алынган жаңырыктарды жана түздөн-түз санариптик сигналдарды чыгарып, бүт аппаратты компакттуу кылат. Эксперименталдык натыйжалар FIG. (d) жана (e). Сүрөт (г) - сүрөт тартуу бутанын физикалык сүрөтү, ал эми (e) - үч өлчөмдүү аралыктагы сүрөт. С аянтынын терезесинин аянты А жана б аянты менен белгилүү бир тереңдик аралыкка ээ экени ачык көрүнүп турат. Платформа импульстун туурасын 10 нс кем, бир импульстук энергияны (1 ~ 3) мДж жөнгө салат, линзанын талаасынын бурчу 2°, кайталануу жыштыгы 1 кГц, детектордун иштөө коэффициенти болжол менен 60% түзөт. APDдин ички фототоктун жогорулашынын, тез жооп берүүнүн, компакттуу өлчөмдүн, бышыктыгынын жана арзан баанын аркасында APD фотодетекторлору PIN фотодетекторлоруна караганда аныктоо ылдамдыгы боюнча чоңураак тартип болушу мүмкүн, андыктан учурдагы негизги liDAR негизинен көчкү фотодетекторлору басымдуулук кылат.

Жалпысынан, үйдө жана чет өлкөлөрдө InGaAs даярдоо технологиясын тез өнүктүрүү менен, биз чеберчилик менен MBE, MOCVD, LPE жана башка технологияларды InP субстратында жогорку сапаттагы InGaAs эпитаксиалдык катмарын даярдоо үчүн колдоно алабыз. InGaAs фотодетекторлору аз караңгы токту жана жогорку жооп кайтаруу жөндөмдүүлүгүн көрсөтөт, эң төмөнкү караңгы ток 0,75 pA/μm² төмөн, максималдуу жооп берүү 0,57 A/W чейин жана тез өтмө реакцияга ээ (ps тартиби). InGaAs фотодетекторлорунун келечектеги өнүгүшү төмөнкү эки аспектиге багытталат: (1) InGaAs эпитаксиалдык катмары түздөн-түз Si субстратында өстүрүлөт. Азыркы учурда, рынокто микроэлектрондук түзүлүштөрдүн көбү Si негизделген, жана InGaAs жана Si негизинде кийинки комплекстүү өнүктүрүү жалпы тенденция болуп саналат. Торлордун дал келбестиги жана жылуулук кеңейүү коэффициентинин айырмасы сыяктуу маселелерди чечүү InGaAs/Si изилдөө үчүн өтө маанилүү; (2) 1550 нм толкун узундуктагы технология 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 торчолордун дал келбеши олуттуу дислокацияга жана кемчиликтерге алып келет, андыктан аппараттын процессинин параметрлерин оптималдаштыруу, решетканын кемчиликтерин азайтуу жана аппараттын кара агымын азайтуу керек.