InGaAs fotodetektoryň gurluşy

GurluşyInGaAs fotodetektor

1980-nji ýyllardan başlap, içerde we daşary ýurtlarda gözlegçiler esasan üç görnüşe bölünýän InGaAs fotodetektorlarynyň gurluşyny öwrendiler. Olar InGaAs metal-ýarymgeçiriji-metal fotodetektor (MSM-PD), InGaAs PIN fotodetektor (PIN-PD) we InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Dürli gurluşly InGaAs fotodetektorlarynyň ýasalyş prosesinde we bahasynda düýpli tapawutlar bar, enjamyň işleýşinde hem uly tapawutlar bar.

InGaAs metal ýarymgeçiriji-metalfotodetektor(a) suratda görkezilen, Şottki çatrygyna esaslanýan ýörite gurluşdyr. 1992-nji ýylda Şi we başgalar. Epitaksi gatlaklaryny ösdürip ýetişdirmek üçin pes basyşly metal-organiki bug fazasy epitaksiýa tehnologiýasy (LP-MOVPE) ulandy we 1,3 μm tolkun uzynlygynda 0,42 A / W ýokary duýgurlygy we 5,6 pA / -dan pes garaňky tok InGaAs MSM fotodetektor taýýarlandy. μm² 1,5 V. 1996-njy ýylda, Ç. InAlAs-InGaAs-InP epitaksi gatlagyny ösdürmek üçin gaz fazasynyň molekulýar şöhle epitaksiýasyny (GSMBE) ulandy. InAlAs gatlagy ýokary garşylyk häsiýetlerini görkezdi we rentgen difraksiýa ölçegi bilen ösüş şertleri optimallaşdyryldy, şonuň üçin InGaAs we InAlAs gatlaklarynyň arasyndaky panjara laýyk gelmezlik 1 × 10⁻³ aralygynda boldy. Bu, 10 V-de 0.75 pA / μm²-dan pes garaňky tok bilen enjamyň optimal işlemegine we 5 V-de 16 ps-a çenli çalt geçiş seslenmesine getirýär, umuman alanyňda, MSM strukturasynyň fotodetektory pes we garaňky tok görkezýär (pA) sargyt), ýöne metal elektrod enjamyň ýagtylygy siňdiriş meýdanyny azaldar, şonuň üçin jogap beýleki gurluşlardan pesdir.

InGaAs PIN fotodetektor, p görnüşli aragatnaşyk gatlagy bilen N görnüşli aragatnaşyk gatlagynyň arasynda içerki gatlagy goýýar, b (b) suratda görkezilişi ýaly, azalýan sebitiň giňligini ýokarlandyrýar, şeýlelik bilen has köp elektron deşik jübütlerini ýaýradýar we a emele getirýär has uly fotokurrent, şonuň üçin ajaýyp elektron geçirijilik ukybyna eýe. 2007-nji ýylda A.Poloczek we başg. MBE ulanyp, ýeriň çişligini gowulaşdyrmak we Si bilen InP arasyndaky panjara gabat gelmezligi pes temperaturaly bufer gatlagyny ösdürmek üçin ulandy. MOCVD InGaAs PIN gurluşyny InP substratyna birleşdirmek üçin ulanyldy we enjamyň duýgurlygy takmynan 0.57A / W boldy. 2011-nji ýylda goşun gözleg laboratoriýasy (ALR) nawigasiýa, päsgelçiliklerden / çaknyşyklardan gaça durmak we arzan bahaly mikrotolkun güýçlendiriji çip bilen birleşdirilen liDAR şekilini öwrenmek üçin PIN fotodetektorlaryny ulandy. InGaAs PIN fotodetektorynyň signal-ses sesini ep-esli gowulandyrdy. Şol esasda, 2012-nji ýylda ALR bu liDAR şekilini 50 m-den gowrak we 256 × 128 durulykdaky robotlar üçin ulandy.

InGaAsgöç fotodetektorgurluşy suratda (c) görkezilen girdeji bilen fotodetektoryň bir görnüşidir. Elektron deşik jübüti, atom bilen çaknyşmak, täze elektron deşik jübütleri döretmek, göç effektini emele getirmek we materialda deňagramly däl göterijileri köpeltmek üçin iki esse sebitdäki elektrik meýdanynyň täsiri astynda ýeterlik energiýa alýar. . 2013-nji ýylda Jorj M MB-den peýdalanyp, InP substratynda gabat gelýän InGaAs we InAlAs erginlerini ösdürip ýetişdirmek üçin, garyndy düzüminiň üýtgemelerini, epitaksial gatlagyň galyňlygyny we deşik ionlaşmagyny azaltmak bilen elektroşok ionlaşmagyny ýokarlandyrmak üçin modulirlenen göterijiniň energiýasyna doping ulandy. Ekwiwalent çykyş signalynyň girdejisinde APD pes ses we aşaky garaňky tok görkezýär. 2016-njy ýylda Sun Jianfeng we başg. InGaAs göç fotodetektory esasynda 1570 nm lazer işjeň şekillendiriş synag platformasy toplumyny gurdy. Içki zynjyrAPD fotodetektorsesleri aldy we gönüden-göni sanly signallary çykardy, tutuş enjamy ykjam edýär. Synag netijeleri FIG-de görkezilýär. (d) we (e). Surat (d) şekillendiriş nyşanynyň fiziki suraty, we (e) üç ölçegli aralyk şekili. C meýdançasynyň penjire meýdanynyň A we b meýdany bilen belli bir çuňluk aralygynyň bardygyny aýdyň görmek bolýar. Platforma impulsyň giňligini 10 ns-den az, bir impuls energiýasy (1 ~ 3) mJ sazlap bolýar, obýektiw meýdany 2 ° burç alýar, 1 kHz gaýtalanma ýygylygy, detektoryň wezipe gatnaşygy takmynan 60%. APD-iň içerki fotokurrent girdejisi, çalt reaksiýa, ykjam ululygy, çydamlylygy we arzan bahasy sebäpli, APD fotodetektorlary PIN fotodetektorlaryndan has ýokary ululyk tertibi bolup biler, şonuň üçin häzirki esasy LiDAR esasan göç fotodetektorlary agdyklyk edýär.

Umuman aýdanyňda, içerde we daşary ýurtda InGaAs taýýarlaýyş tehnologiýasynyň çalt ösmegi bilen, InP substratynda uly meýdanly ýokary hilli InGaAs epitaksial gatlagyny taýýarlamak üçin MBE, MOCVD, LPE we beýleki tehnologiýalary ussatlyk bilen ulanyp bileris. InGaAs fotodetektorlary pes garaňky tok we ýokary duýgurlygy görkezýär, iň pes garaňky tok 0,75 pA / μm²-den pes, iň ýokary duýgurlyk 0,57 A / W çenli we çalt geçiş jogaby bar (ps tertibi). InGaAs fotodetektorlarynyň geljekdäki ösüşi aşakdaky iki tarapa gönükdiriler: (1) InGaAs epitaksial gatlagy Si substratynda gönüden-göni ösdürilýär. Häzirki wagtda bazardaky mikroelektron enjamlaryň köpüsi Si esasly, InGaAs we Si esasly integrirlenen ösüş umumy tendensiýa. InGaAs / Si-ni öwrenmek üçin panjara gabat gelmezlik we ýylylyk giňelme koeffisiýenti tapawudy ýaly meseleleri çözmek möhümdir; (2) 1550 nm tolkun uzynlygy tehnologiýasy kämillik ýaşyna ýetdi we tolkun uzynlygy (2.0 ~ 2,5) μm geljekki gözleg ugrudyr. Komponentleriň köpelmegi bilen, InP substraty bilen InGaAs epitaksial gatlagyň arasyndaky gabat gelmezlik has çynlakaý süýşmegine we kemçiliklere sebäp bolar, şonuň üçin enjamyň işleýiş parametrlerini optimizirlemeli, panjara kemçiliklerini azaltmaly we enjamyň garaňky tokyny azaltmaly.