Istruktura sa InGaAs photodetector

Istruktura saInGaAs photodetector

Sukad sa 1980s, ang mga tigdukiduki sa balay ug sa gawas sa nasud nagtuon sa istruktura sa InGaAs photodetector, nga kadaghanan gibahin sa tulo nga mga tipo. Sila mao ang InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), ug InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Adunay daghang mga kalainan sa proseso sa paghimo ug gasto sa mga photodetector sa InGaA nga adunay lainlaing mga istruktura, ug adunay usab daghang mga kalainan sa pasundayag sa aparato.

Ang InGaAs metal-semiconductor-metalphotodetector, nga gipakita sa Figure (a), usa ka espesyal nga istruktura nga gibase sa Schottky junction. Niadtong 1992, si Shi et al. migamit ug low pressure metal-organic vapor phase epitaxy technology (LP-MOVPE) aron motubo ang epitaxy layer ug nag-andam sa InGaAs MSM photodetector, nga adunay taas nga responsiveness nga 0.42 A/W sa wavelength nga 1.3 μm ug dark current nga ubos sa 5.6 pA/ μm² sa 1.5 V. Sa 1996, zhang et al. migamit sa gas phase molecular beam epitaxy (GSMBE) aron motubo ang InAlAs-InGaAs-InP epitaxy layer. Ang layer sa InAlAs nagpakita sa taas nga resistivity nga mga kinaiya, ug ang mga kondisyon sa pagtubo gi-optimize pinaagi sa pagsukod sa X-ray diffraction, aron ang lattice mismatch tali sa InGaAs ug InAlAs nga mga layer anaa sa sulod sa 1 × 10⁻³. Kini moresulta sa na-optimize nga performance sa device nga adunay dark current 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 kay simple ug sayon ​​i-integrate, nagpakita sa ubos nga dark current (pA). order), apan ang metal nga electrode makapakunhod sa epektibo nga kahayag nga pagsuyup nga lugar sa device, mao nga ang tubag mas ubos kay sa ubang mga istruktura.

Ang InGaAs PIN photodetector nagsal-ot sa usa ka 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 nga rehiyon, sa ingon nagdan-ag sa dugang nga electron-hole pairs ug nagporma og usa ka mas dako nga photocurrent, mao nga kini adunay maayo kaayo nga electron conduction performance. Sa 2007, A.Poloczek et al. migamit sa MBE aron motubo ang usa ka ubos nga temperatura nga buffer layer aron mapalambo ang kabangis sa nawong ug mabuntog ang lattice mismatch tali sa Si ug InP. Ang MOCVD gigamit aron i-integrate ang InGaAs PIN nga istruktura sa InP substrate, ug ang pagtubag sa aparato mga 0.57A / W. Niadtong 2011, ang Army Research Laboratory (ALR) migamit sa PIN photodetector aron tun-an ang usa ka liDAR imager para sa nabigasyon, paglikay sa babag/bangga, ug mubo nga range nga target detection/identification para sa gagmay nga unmanned ground vehicles, nga gisagol sa usa ka low-cost microwave amplifier chip nga. kamahinungdanon nga milambo ang signal-to-noise ratio sa InGaAs PIN photodetector. Sa kini nga sukaranan, kaniadtong 2012, gigamit sa ALR kini nga liDAR imager alang sa mga robot, nga adunay usa ka hanay sa pagkakita nga labaw sa 50 m ug usa ka resolusyon nga 256 × 128.

Ang InGaAsavalanche photodetectorusa ka matang sa photodetector nga adunay ganansya, ang istruktura niini gipakita sa Figure (c). Ang electron-hole nga pares makakuha og igong kusog ubos sa aksyon sa electric field sulod sa nagdoble nga rehiyon, aron makabangga sa atom, makamugna og bag-ong electron-hole nga mga pares, maporma ang usa ka avalanche nga epekto, ug magpadaghan sa dili balanse nga mga carrier sa materyal. . Sa 2013, gigamit ni George M ang MBE sa pagpatubo sa mga lattice nga gipares sa InGaAs ug InAlAs nga mga haluang sa usa ka InP substrate, gamit ang mga pagbag-o sa komposisyon sa haluang metal, gibag-on sa epitaxial layer, ug doping sa modulated nga enerhiya sa carrier aron mapadako ang electroshock ionization samtang gipamubu ang ionization sa lungag. Sa katumbas nga output signal gain, ang APD nagpakita sa ubos nga kasaba ug ubos nga ngitngit nga kasamtangan. Sa 2016, Sun Jianfeng et al. nagtukod ug usa ka set sa 1570 nm laser active imaging experimental platform base sa InGaAs avalanche photodetector. Ang internal nga sirkito saAPD photodetectornakadawat ug mga lanog ug direktang nagpagawas ug digital nga mga 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 target sa imaging, ug ang Figure (e) usa ka three-dimensional nga distansya nga imahe. Klaro nga makita nga ang lugar sa bintana sa lugar c adunay usa ka giladmon nga gilay-on nga adunay lugar A ug b. Ang plataporma nakaamgo sa pulso gilapdon nga ubos pa kay sa 10 ns, single pulso enerhiya (1 ~ 3) mJ mapaigoigo, pagdawat lens field Anggulo sa 2 °, pagbalik-balik frequency sa 1 kHz, detector katungdanan ratio sa mga 60%. Salamat sa internal nga photocurrent gain sa APD, paspas nga pagtubag, compact size, durability ug mubu nga gasto, ang APD photodetector mahimong usa ka order sa magnitude nga mas taas sa detection rate kaysa PIN photodetectors, mao nga ang kasamtangang mainstream nga liDAR kasagarang gidominar sa avalanche photodetectors.

Sa kinatibuk-an, uban sa paspas nga pag-uswag sa teknolohiya sa pag-andam sa InGaAs sa balay ug sa gawas sa nasud, mahimo namon nga hanas nga magamit ang MBE, MOCVD, LPE ug uban pang mga teknolohiya aron maandam ang dako nga lugar nga taas nga kalidad nga InGaAs epitaxial layer sa substrate sa InP. Ang mga photodetector sa InGaAs nagpakita sa ubos nga ngitngit nga kasamtangan ug taas nga pagtubag, ang pinakaubos nga ngitngit nga kasamtangan mas ubos kay sa 0.75 pA/μm², ang pinakataas nga pagtubag hangtod sa 0.57 A/W, ug adunay paspas nga transient response (ps order). Ang umaabot nga pag-uswag sa InGaAs photodetectors mag-focus sa mosunod nga duha ka aspeto: (1) InGaAs epitaxial layer direktang gipatubo sa Si substrate. Sa pagkakaron, kadaghanan sa mga microelectronic nga aparato sa merkado gibase sa Si, ug ang sunud nga hiniusa nga pag-uswag sa InGaAs ug Si base mao ang kinatibuk-ang uso. 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 nga teknolohiya nahimo nang hamtong, ug ang gipalawig nga wavelength (2.0 ~ 2.5) μm mao ang umaabot nga direksyon sa panukiduki. Uban sa pagdugang sa In components, ang lattice mismatch tali sa InP substrate ug InGaAs epitaxial layer mosangpot sa mas seryoso nga dislokasyon ug mga depekto, mao nga gikinahanglan ang pag-optimize sa mga parameter sa proseso sa device, pagpakunhod sa mga depekto sa lattice, ug pagpakunhod sa ngitngit nga kasamtangan sa device.