InGaAs фотодетекторунун түзүлүшү

ТүзүлүшүInGaAs фотодетектору
1980-жылдардан бери изилдөөчүлөр InGaAs фотодетекторлорунун түзүлүшүн изилдеп келишет, аларды үч негизги түргө бөлүүгө болот: InGaAs металл жарым өткөргүч металлфотодетекторлор(MSM-PD), InGaAsPIN фотодетекторлору(PIN-PD) жана InGaAsкөчкү фотодетекторлору(APD-PD). Ар кандай түзүлүштөгү InGaAs фотодетекторлорун өндүрүү процессинде жана баасында олуттуу айырмачылыктар бар, ошондой эле түзмөктүн иштешинде да олуттуу айырмачылыктар бар.
Сүрөттө InGaAs металл жарым өткөргүчтүү металл фотодетекторунун түзүлүшүнүн схемалык диаграммасы көрсөтүлгөн, ал Шоттки түйүнүнө негизделген атайын түзүлүш. 1992-жылы Ши жана башкалар эпитаксиалдык катмарларды өстүрүү жана InGaAs MSM фотодетекторлорун даярдоо үчүн төмөнкү басымдагы металл органикалык буу фазасынын эпитакси (LP-MOVPE) технологиясын колдонушкан. Түзмөктүн 1,3 мкм толкун узундугунда 0,42 А/Вт жогорку жоопкерчилиги жана 1,5 В чыңалууда 5,6 пА/мкм²ден аз караңгы ток бар. 1996-жылы изилдөөчүлөр жогорку каршылык мүнөздөмөлөрүн көрсөткөн InAlAs InGaAs InP эпитаксиалдык катмарларын өстүрүү үчүн газ фазасындагы молекулярдык нур эпитаксиясын (GSMBE) колдонушкан. Өсүү шарттары рентген дифракциясын өлчөө аркылуу оптималдаштырылган, натыйжада InGaAs жана InAlAs катмарларынын ортосунда 1 × 10 ⁻ ³ диапазонунда торчо дал келбестиги пайда болгон. Натыйжада, түзмөктүн иштеши оптималдаштырылды, караңгы ток 10 Вдо 0,75 пА/μ м²ден аз жана 5 Вдо 16 пс тез өткөөл жооп берди. Жалпысынан алганда, MSM түзүлүшүндөгү фотодетектор жөнөкөй жана интеграциялоого оңой түзүлүшкө ээ, караңгы токту төмөн көрсөтөт (пА деңгээли), бирок металл электрод түзмөктүн натыйжалуу жарыкты сиңирүү аянтын азайтат, бул башка түзүлүштөргө салыштырмалуу төмөнкү жооптуулукка алып келет.

InGaAs PIN фотодетекторунун сүрөттө көрсөтүлгөндөй, P-типтеги контакттык катмар менен N-типтеги контакттык катмардын ортосуна ички катмар киргизилген, ал азайуу аймагынын туурасын көбөйтөт, ошону менен көбүрөөк электрондук тешик жуптарын нурлантат жана чоңураак фототокту түзөт, ошону менен эң сонун электрондук өткөрүмдүүлүктү көрсөтөт. 2007-жылы изилдөөчүлөр MBEди колдонуп, төмөнкү температурадагы буфердик катмарларды өстүрүштү, беттин тегиздигин жакшыртышты жана Si менен InP ортосундагы торчо дал келбестигин жеңишти. Алар MOCVDди колдонуп, InGaAs PIN структураларын InP субстраттарына интеграциялашты жана түзмөктүн жоопкерчилиги болжол менен 0,57 А/Вт түздү. 2011-жылы изилдөөчүлөр PIN фотодетекторлорун колдонуп, навигация, тоскоолдуктарды/кагылышууларды болтурбоо жана кичинекей пилотсуз жер үстүндөгү унааларды аныктоо/таануу үчүн кыска аралыкка LiDAR сүрөткө тартуу түзмөгүн иштеп чыгышты. Түзмөк арзан микротолкундуу күчөткүч чипи менен интеграцияланган, бул InGaAs PIN фотодетекторлорунун сигнал-ызы-чуу катышын бир топ жакшыртты. Ушул негизде, 2012-жылы изилдөөчүлөр бул LiDAR сүрөткө тартуу түзмөгүн роботторго колдонушкан, анын аныктоо диапазону 50 метрден ашык жана чечилиши 256 × 128ге чейин көбөйтүлгөн.
InGaAs көчкү фотодетектору - бул түзүлүш диаграммасында көрсөтүлгөндөй, күчөтүү коэффициенти бар фотодетектордун бир түрү. Электрондук тешик жуптары эки эселенген аймактын ичиндеги электр талаасынын таасири астында жетиштүү энергия алышат жана атомдор менен кагылышып, жаңы электрондук тешик жуптарын пайда кылышат, көчкү эффектин пайда кылышат жана материалдагы тең салмактуу эмес заряд ташуучуларды эки эсе көбөйтүшөт. 2013-жылы изилдөөчүлөр MBE колдонуп, InP субстраттарында торчо менен дал келген InGaAs жана InAlAs эритмелерин өстүрүшкөн, эритменин курамындагы өзгөрүүлөр, эпитаксиалдык катмардын калыңдыгы жана легирлөө аркылуу ташуучунун энергиясын модуляциялашкан, тешиктердин иондоштурулушун минималдаштыруу менен электрошок иондоштурулушун максималдуу түрдө жогорулатышкан. Эквиваленттүү чыгуу сигналынын күчөтүлүшүндө APD төмөн ызы-чууну жана төмөнкү караңгы токту көрсөтөт. 2016-жылы изилдөөчүлөр InGaAs көчкү фотодетекторлоруна негизделген 1570 нм лазердик активдүү сүрөт тартуу эксперименталдык платформасын курушкан. Ички схемаAPD 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 аралыктагы сүрөт. С зонасындагы терезе аймагынын А жана В зоналарынан белгилүү бир тереңдик аралыкта экенин даана көрүүгө болот. Бул платформа импульстун туурасы 10 нстен аз, жөнгө салынуучу бир импульстук энергия (1-3) мДж, берүүчү жана кабыл алуучу линзалар үчүн көрүү талаасынын бурчу 2°, кайталоо ылдамдыгы 1 кГц жана детектордун иштөө цикли болжол менен 60% түзөт. Ички фототоктун күчөшү, тез жооп кайтаруусу, компакттуу өлчөмү, бышыктыгы жана APDдин арзан баасынын аркасында APD фотодетекторлору PIN фотодетекторлоруна караганда бир эсе жогору аныктоо ылдамдыгына жетише алат. Ошондуктан, учурда негизги лазердик радар негизинен көчкү фотодетекторлорун колдонот.