Istruktura sa photodetector sa InGaAs

Istruktura saDetektor sa litrato sa InGaAs

Sukad sa dekada 1980, ang mga tigdukiduki sa sulod ug gawas sa nasud nagtuon sa istruktura sa mga photodetector sa InGaAs, nga kasagarang gibahin sa tulo ka klase. Kini mao ang InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), ug InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Adunay dakong kalainan sa proseso sa paggama ug gasto sa mga photodetector sa InGaAs nga adunay lain-laing istruktura, ug aduna usay dakong kalainan sa performance sa device.

Ang InGaAs metal-semiconductor-metalphotodetector, gipakita sa Figure (a), usa ka espesyal nga istruktura nga gibase sa Schottky junction. Niadtong 1992, si Shi et al. migamit og low pressure metal-organic vapor phase epitaxy technology (LP-MOVPE) aron motubo ang mga epitaxy layer ug nag-andam og InGaAs MSM photodetector, nga adunay taas nga responsiveness nga 0.42 A/W sa wavelength nga 1.3 μm ug usa ka dark current nga mas ubos sa 5.6 pA/ μm² sa 1.5 V. Niadtong 1996, si zhang et al. migamit og gas phase molecular beam epitaxy (GSMBE) aron motubo ang InAlAs-InGaAs-InP epitaxy layer. Ang InAlAs layer nagpakita og taas nga resistivity characteristics, ug ang mga kondisyon sa pagtubo gi-optimize pinaagi sa X-ray diffraction measurement, aron ang lattice mismatch tali sa InGaAs ug InAlAs layers naa sa sulod sa range nga 1×10⁻³. Kini moresulta sa na-optimize nga performance sa device nga adunay dark current nga ubos sa 0.75 pA/μm² sa 10 V ug paspas nga transient response hangtod sa 16 ps sa 5 V. Sa kinatibuk-an, ang MSM structure photodetector yano ug dali i-integrate, nga nagpakita og ubos nga dark current (pA order), apan ang metal electrode mokunhod sa epektibong light absorption area sa device, mao nga ang response mas ubos kaysa sa ubang mga istruktura.

Ang InGaAs PIN photodetector nagsal-ot og intrinsic layer tali sa P-type contact layer ug sa N-type contact layer, sama sa gipakita sa Figure (b), nga nagdugang sa gilapdon sa depletion region, sa ingon nagpasa og dugang electron-hole pairs ug nagporma og mas dako nga photocurrent, mao nga kini adunay maayo kaayong electron conduction performance. Niadtong 2007, si A.Poloczek et al. migamit og MBE aron magpatubo og low-temperature buffer layer aron mapaayo ang surface roughness ug mabuntog ang lattice mismatch tali sa Si ug InP. Ang MOCVD gigamit aron i-integrate ang InGaAs PIN structure sa InP substrate, ug ang responsiveness sa device mga 0.57A /W. Niadtong 2011, ang Army Research Laboratory (ALR) migamit og PIN photodetectors aron tun-an ang usa ka liDAR imager para sa navigation, obstacle/collision avoidance, ug short-range target detection/identification para sa gagmay nga unmanned ground vehicles, nga gi-integrate sa usa ka low-cost microwave amplifier chip nga nakapaayo pag-ayo sa signal-to-noise ratio sa InGaAs PIN photodetector. Tungod niini, niadtong 2012, gigamit sa ALR kini nga liDAR imager para sa mga robot, nga adunay detection range nga sobra sa 50 m ug resolusyon nga 256 × 128.

Ang mga InGaAphotodetector sa avalancheusa ka klase sa photodetector nga adunay gain, ang istruktura niini gipakita sa Figure (c). Ang electron-hole pair makakuha og igong enerhiya ubos sa aksyon sa electric field sulod sa doubling region, aron kini mobangga sa atomo, makamugna og bag-ong electron-hole pairs, makaporma og avalanche effect, ug modaghan ang non-equilibrium carriers sa materyal. Niadtong 2013, gigamit ni George M ang MBE aron motubo ang lattice matched InGaAs ug InAlAs alloys sa usa ka InP substrate, gamit ang mga pagbag-o sa alloy composition, epitaxial layer thickness, ug doping sa modulated carrier energy aron mapadako ang electroshock ionization samtang gipakunhod ang hole ionization. Sa equivalent output signal gain, ang APD nagpakita og mas ubos nga noise ug mas ubos nga dark current. Niadtong 2016, si Sun Jianfeng et al. nagtukod og set sa 1570 nm laser active imaging experimental platform base sa InGaAs avalanche photodetector. Ang internal circuit saDetektor sa litrato sa APDnakadawat og mga echo ug direktang nagpagawas og mga digital signal, nga naghimo sa tibuok device nga compact. Ang mga resulta sa eksperimento gipakita sa FIG. (d) ug (e). Ang Figure (d) usa ka pisikal nga litrato sa imaging target, ug ang Figure (e) usa ka three-dimensional distance image. Klaro nga makita nga ang window area sa area c adunay usa ka piho nga giladmon nga distansya uban sa area A ug b. Ang plataporma nakaamgo sa pulse width nga ubos sa 10 ns, single pulse energy (1 ~ 3) mJ adjustable, receiving lens field Angle nga 2°, repeat frequency nga 1 kHz, detector duty ratio nga mga 60%. Tungod sa internal photocurrent gain sa APD, paspas nga tubag, compact nga gidak-on, kalig-on ug ubos nga gasto, ang mga APD photodetector mahimong mas taas sa detection rate kaysa sa PIN photodetectors, mao nga ang kasamtangang mainstream liDAR kasagaran gidominar sa mga avalanche photodetectors.

Sa kinatibuk-an, uban sa paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa pag-andam sa InGaAs sa sulod ug gawas sa nasud, mahimo natong gamiton ang MBE, MOCVD, LPE ug uban pang mga teknolohiya aron maandam ang dako nga lugar nga taas nga kalidad nga InGaAs epitaxial layer sa InP substrate. Ang mga photodetector sa InGaAs nagpakita og ubos nga dark current ug taas nga responsiveness, ang labing ubos nga dark current mas ubos kay sa 0.75 pA/μm², ang pinakataas nga responsiveness hangtod sa 0.57 A/W, ug adunay paspas nga transient response (ps order). Ang umaabot nga pag-uswag sa mga photodetector sa InGaAs mag-focus sa mosunod nga duha ka aspeto: (1) Ang epitaxial layer sa InGaAs direktang gipatubo sa Si substrate. Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga microelectronic device sa merkado gibase sa Si, ug ang sunod nga integrated development sa InGaAs ug Si based mao ang kinatibuk-ang trend. Ang pagsulbad sa mga problema sama sa lattice mismatch ug thermal expansion coefficient difference importante alang sa pagtuon sa InGaAs/Si; (2) Ang 1550 nm wavelength technology hamtong na, ug ang extended wavelength (2.0 ~ 2.5) μm mao ang umaabot nga direksyon sa panukiduki. Uban sa pagtaas sa mga sangkap sa In, ang dili pagsinabtanay sa lattice tali sa substrate sa InP ug epitaxial layer sa InGaAs mosangpot sa mas grabe nga dislokasyon ug mga depekto, busa gikinahanglan nga ma-optimize ang mga parameter sa proseso sa device, pakunhuran ang mga depekto sa lattice, ug pakunhuran ang dark current sa device.