Prinsippet og dagens situasjonskredfotodetektor (APD fotodetektor) Andre del
2.2 APD-brikkestruktur
Rimelig brikkestruktur er den grunnleggende garantien for enheter med høy ytelse.Den strukturelle utformingen av APD tar hovedsakelig hensyn til RC-tidskonstant, hullfangst ved heterokryss, transporttid for bærer gjennom uttømmingsområdet og så videre.Utviklingen av strukturen er oppsummert nedenfor:
(1) Grunnleggende struktur
Den enkleste APD-strukturen er basert på PIN-fotodioden, P-regionen og N-regionen er sterkt dopet, og N-type eller P-type dobbeltavstøtende region introduseres i den tilstøtende P-regionen eller N-regionen for å generere sekundære elektroner og hull par, for å realisere forsterkningen av den primære fotostrømmen.For materialer i InP-serien, fordi hullstøtioniseringskoeffisienten er større enn elektronslagioniseringskoeffisienten, plasseres forsterkningsområdet for N-type doping vanligvis i P-området.I en ideell situasjon injiseres bare hull i forsterkningsområdet, så denne strukturen kalles en hullinjisert struktur.
(2) Absorpsjon og gevinst skilles
På grunn av de brede båndgap-karakteristikkene til InP (InP er 1,35 eV og InGaAs er 0,75 eV), brukes InP vanligvis som forsterkningssonematerialet og InGaAs som absorpsjonssonematerialet.
(3) Absorpsjons-, gradient- og forsterkningsstrukturene (SAGM) foreslås henholdsvis
For tiden bruker de fleste kommersielle APD-enheter InP/InGaAs-materiale, InGaAs som absorpsjonslag, InP under høyt elektrisk felt (>5x105V/cm) uten sammenbrudd, kan brukes som forsterkningssonemateriale.For dette materialet er utformingen av denne APD at skredprosessen dannes i N-type InP ved kollisjon av hull.Tatt i betraktning den store forskjellen i båndgapet mellom InP og InGaAs, gjør energinivåforskjellen på ca. 0,4eV i valensbåndet at hullene som genereres i InGaAs-absorpsjonslaget blokkeres ved heterojunction-kanten før de når InP-multiplikatorlaget, og hastigheten er betydelig redusert, noe som resulterer i lang responstid og smal båndbredde for denne APD.Dette problemet kan løses ved å legge til et InGaAsP overgangslag mellom de to materialene.
(4) Absorpsjon, gradient, ladning og forsterkning (SAGCM) strukturer er foreslått henholdsvis
For ytterligere å justere den elektriske feltfordelingen til absorpsjonslaget og forsterkningslaget, introduseres ladningslaget i enhetsdesignet, noe som i stor grad forbedrer enhetens hastighet og reaksjonsevne.
(5) Resonator-forsterket (RCE) SAGCM-struktur
I den ovennevnte optimale utformingen av tradisjonelle detektorer, må vi innse det faktum at tykkelsen på absorpsjonslaget er en motstridende faktor for enhetens hastighet og kvanteeffektivitet.Den tynne tykkelsen på det absorberende laget kan redusere transporttiden, slik at en stor båndbredde kan oppnås.Men samtidig, for å oppnå høyere kvanteeffektivitet, må absorpsjonslaget ha tilstrekkelig tykkelse.Løsningen på dette problemet kan være strukturen med resonanshulrom (RCE), det vil si at den distribuerte Bragg-reflektoren (DBR) er designet på bunnen og toppen av enheten.DBR-speilet består av to typer materialer med lav brytningsindeks og høy brytningsindeks i struktur, og de to vokser vekselvis, og tykkelsen på hvert lag møter den innfallende lysbølgelengden 1/4 i halvlederen.Resonatorstrukturen til detektoren kan oppfylle hastighetskravene, tykkelsen på absorpsjonslaget kan gjøres veldig tynn, og kvanteeffektiviteten til elektronet økes etter flere refleksjoner.
(6) Kantkoblet bølgelederstruktur (WG-APD)
En annen løsning for å løse motsetningen mellom ulike effekter av absorpsjonslagtykkelse på enhetens hastighet og kvanteeffektivitet er å introdusere kantkoblet bølgelederstruktur.Denne strukturen kommer inn i lys fra siden, fordi absorpsjonslaget er veldig langt, det er lett å oppnå høy kvanteeffektivitet, og samtidig kan absorpsjonslaget gjøres veldig tynt, noe som reduserer transporttiden for bæreren.Derfor løser denne strukturen den forskjellige avhengigheten av båndbredde og effektivitet på tykkelsen på absorpsjonslaget, og forventes å oppnå høy hastighet og høy kvanteeffektivitet APD.Prosessen med WG-APD er enklere enn for RCE APD, noe som eliminerer den kompliserte forberedelsesprosessen til DBR-speil.Derfor er det mer gjennomførbart i det praktiske feltet og egnet for vanlig plan optisk tilkobling.
3. Konklusjon
Utviklingen av snøskredfotodetektormaterialer og enheter gjennomgås.Ioniseringshastighetene for elektron- og hullkollisjoner til InP-materialer er nær de for InAlAs, noe som fører til den doble prosessen til de to bærersymbionene, noe som gjør skredbyggetiden lengre og støyen øker.Sammenlignet med rene InAlAs-materialer har InGaAs (P) /InAlAs og In (Al) GaAs/InAlAs kvantebrønnstrukturer et økt forhold mellom kollisjonioniseringskoeffisienter, slik at støyytelsen kan endres betydelig.Når det gjelder struktur, er resonatorforsterket (RCE) SAGCM-struktur og kantkoblet bølgelederstruktur (WG-APD) utviklet for å løse motsetningene til forskjellige effekter av absorpsjonslagtykkelse på enhetens hastighet og kvanteeffektivitet.På grunn av kompleksiteten til prosessen, må den fulle praktiske anvendelsen av disse to strukturene utforskes ytterligere.
Innleggstid: 14. november 2023