Struktur vum InGaAs Photodetektor

Struktur vunInGaAs Fotodetektor

Zënter den 1980er hunn d'Fuerscher doheem an am Ausland d'Struktur vun InGaAs Photodetektoren studéiert, déi haaptsächlech an dräi Typen opgedeelt sinn. Si sinn InGaAs Metal-Semiconductor-Metal Photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), an InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Et gi bedeitend Differenzen am Fabrikatiounsprozess a Käschte vun InGaAs Photodetektoren mat verschiddene Strukturen, an et ginn och grouss Differenzen an der Leeschtung vum Apparat.

D'InGaAs Metal-Halbleiter-Metalfotodetektor, an der Figur (a) gewisen, ass eng speziell Struktur baséiert op der Schottky Kräizung. 1992, Shi et al. benotzt niddereg-Drock metall-organesch Dampphase Epitaxy Technologie (LP-MOVPE) fir Epitaxeschichten ze wuessen a preparéiert InGaAs MSM Photodetektor, deen eng héich Reaktiounsfäegkeet vun 0,42 A/W bei enger Wellelängt vun 1,3 μm an engem donkele Stroum manner wéi 5,6 pA / huet μm² bei 1,5 V. 1996, zhang et al. benotzt Gasphase molekulare Strahlepitaxie (GSMBE) fir d'InAlAs-InGaAs-InP Epitaxeschicht ze wuessen. D'InAlAs Schicht huet héich Resistivitéitseigenschaften gewisen, an d'Wuesstembedéngungen goufen duerch Röntgen-Diffraktiounsmessung optimiséiert, sou datt de Gitter Mëssverständnis tëscht InGaAs an InAlAs Schichten am Beräich vun 1 × 10⁻³ war. Dëst resultéiert zu enger optiméierter Geräterleistung mat donkele Stroum ënner 0,75 pA/μm² bei 10 V a séier transiente Reaktioun bis zu 16 ps bei 5 V. Am Allgemengen ass de MSM Struktur Photodetektor einfach an einfach ze integréieren, weist nidderegen donkel Stroum (pA) Uerdnung), awer d'Metallelektrode reduzéiert den effektiven Liichtabsorptiounsberäich vum Apparat, sou datt d'Äntwert méi niddereg ass wéi aner Strukturen.

Den InGaAs PIN Photodetektor setzt eng intrinsesch Schicht tëscht der P-Typ Kontaktschicht an der N-Typ Kontaktschicht, wéi an der Figur (b) gewisen, wat d'Breet vun der Ausarmungsregioun vergréissert, sou datt méi Elektronen-Lach-Paren ausstrahlt a bilden eng méi grouss Photostroum, sou datt et eng exzellent Elektronenleitungsleistung huet. 2007, A. Poloczek et al. benotzt MBE fir eng Low-Temperatur-Pufferschicht ze wuessen fir d'Uewerflächrauheet ze verbesseren an de Gitter-Mëssmatch tëscht Si an InP ze iwwerwannen. MOCVD gouf benotzt fir d'InGaAs PIN Struktur op den InP Substrat z'integréieren, an d'Reaktiounsfäegkeet vum Apparat war ongeféier 0.57A /W. Am Joer 2011 huet den Army Research Laboratory (ALR) PIN Photodetektoren benotzt fir e LiDAR Imager fir Navigatioun ze studéieren, Hindernisser / Kollisiounsvermeidung, a Kuerzreech Zilerkennung / Identifikatioun fir kleng onbemannt Buedem Gefierer, integréiert mat engem Low-Cost Mikrowellen Verstärker Chip deen d'Signal-to-Geräusch Verhältnis vum InGaAs PIN Photodetektor wesentlech verbessert. Op dëser Basis, am Joer 2012, huet ALR dëse liDAR Imager fir Roboteren benotzt, mat enger Detektiounsberäich vu méi wéi 50 m an enger Opléisung vun 256 × 128.

D'InGaAsLawine Photodetektorass eng Aart Photodetektor mat Gewënn, d'Struktur vun deem ass an der Figur (c) gewisen. D'Elektronen-Lach-Paar kritt genuch Energie ënner der Handlung vum elektresche Feld an der Verdueblungsregioun, fir mam Atom ze kollidéieren, nei Elektronen-Lach-Paren ze generéieren, en Lawine-Effekt ze bilden an d'Net-Gläichgewiichtsträger am Material ze multiplizéieren. . Am Joer 2013 huet de George M MBE benotzt fir Gitter passend InGaAs an InAlAs Legierungen op engem InP Substrat ze wuessen, andeems Verännerungen an der Legierungskompositioun, Epitaxial Schichtdicke, an Doping op moduléiert Carrier Energie benotzt fir Elektroschock Ioniséierung ze maximéieren wärend d'Lachioniséierung miniméiert. Beim gläichwäertegen Ausgangssignalgewënn weist APD manner Geräischer a méi nidderegen donkelstroum. 2016, Sun Jianfeng et al. gebaut e Set vun 1570 nm Laser aktiv Imaging experimentell Plattform baséiert op der InGaAs Lawine Photodetektor. Déi intern Circuit vunAPD Photodetektorkritt Echoen an direkt digital Signaler eraus, wat de ganzen Apparat kompakt mécht. D'experimentell Resultater sinn an Fig. d) und e). Figur (d) ass eng kierperlech Foto vum Imaging Zil, an Figur (e) ass en dreidimensionalen Distanzbild. Et kann kloer gesi ginn datt d'Fënsterfläch vum Gebitt c eng gewëssen Déiftdistanz mam Gebitt A a b huet. D'Plattform realiséiert Pulsbreet manner wéi 10 ns, eenzeg Pulsenergie (1 ~ 3) mJ justierbar, Empfangsobjektivwinkelwinkel vun 2°, Widderhuelungsfrequenz vun 1 kHz, Detektor Pflichtverhältnis vu ronn 60%. Dank dem internen Fotostroumgewënn vun der APD, séier Äntwert, kompakt Gréisst, Haltbarkeet a niddrege Käschten, kënnen APD Photodetektoren eng Uerdnung vu Magnitude méi héich sinn an der Detektiounsquote wéi PIN Photodetektoren, sou datt den aktuellen Mainstream LiDAR haaptsächlech vu Lawine Photodetektoren dominéiert gëtt.

Insgesamt, mat der rapider Entwécklung vun der InGaAs Virbereedungstechnologie doheem an am Ausland, kënne mir MBE, MOCVD, LPE an aner Technologien kompetent benotze fir grouss Fläche héichqualitativ InGaAs epitaxial Schicht op InP Substrat ze preparéieren. InGaAs Photodetektoren weisen niddereg donkel Stroum an héich Reaktiounsfäegkeet, den niddregsten donkelen Stroum ass manner wéi 0,75 pA/μm², déi maximal Reaktiounsfäegkeet ass bis zu 0,57 A/W, an huet eng séier transient Äntwert (ps Uerdnung). Déi zukünfteg Entwécklung vun InGaAs Photodetektoren konzentréiert sech op déi folgend zwee Aspekter: (1) InGaAs epitaxial Schicht gëtt direkt op Si Substrat ugebaut. Am Moment sinn déi meescht vun de mikroelektronesche Geräter um Maart Si baséiert, an déi spéider integréiert Entwécklung vun InGaAs a Si baséiert ass den allgemengen Trend. D'Léisung vu Probleemer wéi Gitter-Mëssmatch an thermesch Expansiounskoeffizient Ënnerscheed ass entscheedend fir d'Studie vun InGaAs / Si; (2) D'1550 nm Wellelängt Technologie ass reift, an déi verlängert Wellelängt (2.0 ~ 2.5) μm ass déi zukünfteg Fuerschungsrichtung. Mat der Erhéijung vun In Komponenten wäert de Gitter Mëssverständnis tëscht InP Substrat an InGaAs epitaxialer Schicht zu méi eeschten Dislokatioun a Mängel féieren, sou datt et néideg ass d'Apparatprozessparameter ze optimiséieren, d'Gitterdefekter ze reduzéieren an den Apparat donkel Stroum ze reduzéieren.