InGaAs фотодетекторының құрылымы

ҚұрылымыInGaAs фотодетекторы

1980 жылдардан бастап отандық және шетелдегі зерттеушілер InGaAs фотодетекторларының құрылымын зерттеді, олар негізінен үш түрге бөлінеді. Олар InGaAs металл-жартылай өткізгіш-металл фотодетекторы (MSM-PD), InGaAs PIN фотодетекторы (PIN-PD) және InGaAs көшкін фотодетекторы (APD-PD). Құрылымы әртүрлі InGaAs фотодетекторларының өндіріс процесінде және құнында айтарлықтай айырмашылықтар бар, сонымен қатар құрылғы өнімділігінде де үлкен айырмашылықтар бар.

InGaAs металл-жартылай өткізгіш-металлфотодетектор, (а) суретте көрсетілген, Шоттки тоғысында негізделген арнайы құрылым. 1992 жылы Ши және т.б. эпитаксистік қабаттарды өсіру үшін төмен қысымды металл-органикалық бу фазалық эпитаксис технологиясын (LP-MOVPE) қолданды және 1,3 мкм толқын ұзындығында 0,42 А/В жоғары жауап беру қабілеті және 5,6 пА/ төмен қараңғы токқа ие InGaAs MSM фотодетекторын дайындады. μm² кезінде 1,5 В. 1996 жылы zhang et al. InAlAs-InGaAs-InP эпитаксиялық қабатын өсіру үшін газ фазалық молекулярлық сәулелік эпитаксияны (GSMBE) қолданды. InAlAs қабаты жоғары кедергі сипаттамаларын көрсетті және өсу жағдайлары рентгендік дифракцияны өлшеу арқылы оңтайландырылды, осылайша InGaAs және InAlAs қабаттары арасындағы тор сәйкессіздігі 1×10⁻³ диапазонында болды. Бұл 10 В кезінде 0,75 пА/мкм² төмен күңгірт токпен және 5 В кезінде 16 пс-ке дейінгі жылдам өтпелі реакциямен құрылғының оңтайландырылған өнімділігіне әкеледі. Тұтастай алғанда, MSM құрылымының фотодетекторы қарапайым және біріктіру оңай, төмен қараңғы токты көрсетеді (pA). тапсырыс), бірақ металл электрод құрылғының тиімді жарық сіңіру аймағын азайтады, сондықтан жауап басқа құрылымдарға қарағанда төмен.

InGaAs PIN фотодетекторы (b) суретте көрсетілгендей, P-типті контакт қабаты мен N-типті байланыс қабаты арасына ішкі қабатты енгізеді, ол сарқылу аймағының енін арттырады, осылайша көбірек электрон-тесік жұптарын сәулелендіреді және үлкенірек фототок, сондықтан ол тамаша электронды өткізгіштік көрсеткіштеріне ие. 2007 жылы А.Полочек және т.б. бетінің кедір-бұдырлығын жақсарту және Si мен InP арасындағы тордың сәйкессіздігін жеңу үшін төмен температуралы буферлік қабатты өсіру үшін MBE қолданды. MOCVD InGaAs PIN құрылымын InP субстратына біріктіру үшін пайдаланылды және құрылғының жауап беру қабілеті шамамен 0,57А / Вт болды. 2011 жылы Армия ғылыми-зерттеу зертханасы (ALR) арзан микротолқынды күшейткіш чиппен біріктірілген шағын ұшқышсыз жерүсті көліктері үшін навигация, кедергілерді/қақтығыстарды болдырмау және қысқа қашықтықтағы нысананы анықтау/идентификаттау үшін liDAR кескінін зерттеу үшін PIN фотодетекторларын пайдаланды. InGaAs PIN фотодетекторының сигнал-шу қатынасын айтарлықтай жақсартты. Осы негізде 2012 жылы ALR анықтау диапазоны 50 м-ден асатын және 256 × 128 рұқсатымен роботтар үшін осы liDAR бейнелендіргішін пайдаланды.

InGaAsқар көшкіні фотодетекторықұрылымы (в) суретте көрсетілген күшейту қабілеті бар фотодетектордың бір түрі болып табылады. Электрондық саңылау жұбы екі еселену аймағының ішіндегі электр өрісінің әсерінен атоммен соқтығысатын, жаңа электронды саңылау жұптарын тудыратын, көшкін эффектісін құрайтын және материалдағы тепе-теңдік емес тасымалдаушыларды көбейтетіндей жеткілікті энергия алады. . 2013 жылы Джордж М MBE-ді InP субстратында торға сәйкес келетін InGaAs және InAlAs қорытпаларын өсіру үшін пайдаланды, саңылаулардың иондалуын азайта отырып, электрошок ионизациясын барынша арттыру үшін қорытпа құрамындағы өзгерістерді, эпитаксиалды қабат қалыңдығын және модуляцияланған тасымалдаушы энергиясына легирлеуді қолданды. Эквиваленттік шығыс сигналының күшеюінде APD төмен шуды және төмен қараңғы токты көрсетеді. 2016 жылы Sun Jianfeng et al. InGaAs көшкін фотодетекторы негізінде 1570 нм лазерлік белсенді бейнелеу эксперименттік платформасының жиынтығын құрастырды. Ішкі схемасыAPD фотодетекторықабылданған жаңғырықтар және тікелей сандық сигналдарды шығарады, бұл бүкіл құрылғыны жинақы етеді. Эксперимент нәтижелері суретте көрсетілген. (d) және (e). (d) суреті кескін нысанының физикалық фотосуреті, ал (е) суреті үш өлшемді қашықтық кескіні. С аймағының терезе ауданы А және b аудандарымен белгілі бір тереңдік қашықтығы бар екенін анық көруге болады. Платформа импульстік ені 10 нс-тен аз, бір импульстік энергия (1 ~ 3) мДж реттелетін, қабылдау линзасының өрісі 2° бұрыш, қайталану жиілігі 1 кГц, детектордың жұмыс коэффициенті шамамен 60% жүзеге асырады. APD фототокының ішкі күшеюінің, жылдам әрекет етуінің, ықшам өлшемдерінің, ұзақ мерзімділігінің және төмен құнының арқасында APD фотодетекторлары PIN фотодетекторларына қарағанда анықтау жылдамдығынан жоғары болуы мүмкін, сондықтан қазіргі негізгі liDAR-да негізінен көшкін фотодетекторлары басым.

Жалпы алғанда, үйде және шетелде InGaAs дайындау технологиясының қарқынды дамуымен біз MBE, MOCVD, LPE және басқа технологияларды InP субстратында үлкен аумақты жоғары сапалы InGaAs эпитаксиалды қабатын дайындау үшін шебер пайдалана аламыз. InGaAs фотодетекторлары төмен қараңғы ток пен жоғары жауап береді, ең төменгі қараңғы ток 0,75 pA/μm² төмен, максималды жауап беру қабілеті 0,57 A/W дейін және жылдам өтпелі реакцияға ие (ps тәртібі). InGaAs фотодетекторларының болашақ дамуы келесі екі аспектіге бағытталады: (1) InGaAs эпитаксиалды қабаты Si субстратында тікелей өседі. Қазіргі уақытта нарықтағы микроэлектрондық құрылғылардың көпшілігі Si негізіндегі болып табылады, және InGaAs және Si негізіндегі кейіннен кешенді дамыту жалпы үрдіс болып табылады. InGaAs/Si зерттеу үшін тордың сәйкессіздігі және термиялық кеңею коэффициентінің айырмашылығы сияқты мәселелерді шешу өте маңызды; (2) 1550 нм толқын ұзындығы технологиясы жетілген және ұзартылған толқын ұзындығы (2,0 ~ 2,5) мкм болашақ зерттеу бағыты болып табылады. In компоненттерінің ұлғаюымен InP субстраты мен InGaAs эпитаксиалды қабаты арасындағы тордың сәйкессіздігі неғұрлым күрделі дислокация мен ақауларға әкеледі, сондықтан құрылғы процесінің параметрлерін оңтайландыру, тор ақауларын азайту және құрылғының күңгірт тогын азайту қажет.


Жіберу уақыты: 06 мамыр 2024 ж