Struktur av Ingaas Photodetector

Struktur avIngaas Photodetector

Siden 1980 -tallet har forskere hjemme og i utlandet studert strukturen til IngaAS -fotodetektorer, som hovedsakelig er delt inn i tre typer. De er InGAAS Metal-Semiconductor-metall fotodetektor (MSM-PD), IngaAS PIN-fotodetektor (PIN-PD) og InGAAS Avalanche Photodetector (APD-PD). Det er signifikante forskjeller i fabrikasjonsprosessen og kostnadene for InGAAS -fotodetektorer med forskjellige strukturer, og det er også store forskjeller i enhetens ytelse.

Ingaas metall-halvleder-metallfotodetektor, vist i figur (a), er en spesiell struktur basert på Schottky -krysset. I 1992, Shi et al. Brukte lavtrykksmetallorganisk dampfase-epitaxy-teknologi (LP-MOVPE) for å vokse epitaxy-lag og fremstilt InGAAS MSM-fotodetektor, som har en høy respons på 0,42 A/ W ved en bølgelengde på 1,3 μm og en mørk strøm lavere enn 5,6 Pa/ μm² ved 1,5 V. i 1996, zhang et al. Brukt gassfasemolekylær strålepitaxy (GSMBE) for å dyrke INALAS-INGAAS-INP-epitaxy-laget. Inalas-laget viste høye resistivitetsegenskaper, og vekstbetingelsene ble optimalisert ved røntgenstrålediffraksjonsmåling, slik at gittermatchen mellom InGaAs og Inalas lag var innenfor området 1 × 10⁻³. Dette resulterer i optimalisert enhetsytelse med mørk strøm under 0,75 PA/μm² ved 10 V og rask forbigående respons opp til 16 ps ved 5 V. I det hele tatt er MSM -strukturfotodetektoren enkel og enkel å integrere, og viser lav mørk strøm (PA -orden), men metallelektroden vil redusere det effektive lysabsorpsjonsområdet til enheten, så responsen er lavere enn andre strukturer.

InGAAS-pinnen fotodetektor setter inn et iboende lag mellom kontaktlaget av P-typen og kontaktlaget av N-typen, som vist i figur (b), noe som øker bredden på uttømmingsområdet, og utstråler dermed mer elektronhullspar og danner en større fotokremrent, så den har utmerket elektron-hulls par. I 2007, A.Poloczek et al. Brukte MBE for å dyrke et bufferlag med lav temperatur for å forbedre overflatens ruhet og overvinne gittermisposten mellom SI og INP. MOCVD ble brukt til å integrere InGaAS PIN -struktur på INP -underlaget, og responsen til enheten var omtrent 0,57a /w. I 2011 brukte Army Research Laboratory (ALR) PIN-fotodetektorer for å studere en LIDAR-bilde for navigasjon, hindring/kollisjons unngåelse og kortdistansemåldeteksjon/identifikasjon for små ubemannede bakkekjøretøyer, integrert med en lavprismikrobølgeforsterker-brikke som forbedret signal-til-Noise Ratio av ingaas-pin-pin-pin-fotodeten. På dette grunnlaget, i 2012, brukte ALR denne lidarbilder for roboter, med et deteksjonsområde på mer enn 50 m og en oppløsning på 256 × 128.

IngaasAvalanche fotodetektorer en slags fotodetektor med forsterkning, hvis struktur er vist i figur (c). Elektronhullparet oppnår nok energi under virkningen av det elektriske feltet inne i doblingsområdet, for å kollidere med atomet, generere nye elektronhullpar, danne en snøskred effekt og multiplisere ikke-likevektsbærerne i materialet. I 2013 brukte George M MBE for å dyrke gitter matchet Ingaas og Inalas -legeringer på et INP -underlag, ved å bruke endringer i legeringssammensetning, epitaksial lagtykkelse og doping til modulert bærerenergi for å maksimere elektroshock -ionisering mens jeg minimerer hullioniseringen. Ved den ekvivalente utgangssignalforsterkningen viser APD lavere støy og lavere mørk strøm. I 2016 har Sun Jianfeng et al. Bygget et sett på 1570 nm laseraktiv avbildningseksperimentell plattform basert på Ingaas Avalanche Photodetector. Den interne kretsen tilAPD fotodetektorMottatt ekko og gir direkte ut digitale signaler, noe som gjør hele enheten kompakt. De eksperimentelle resultatene er vist på fig. (d) og (e). Figur (d) er et fysisk bilde av avbildningsmålet, og figur (e) er et tredimensjonalt avstandsbilde. Det kan tydelig sees at vindusområdet i område C har en viss dybdeavstand med område A og B. Plattformen realiserer pulsbredde mindre enn 10 ns, enkeltpulsenergi (1 ~ 3) MJ justerbar, og mottar linsefeltvinkel på 2 °, repetisjonsfrekvens på 1 kHz, detektoravgiftsforhold på omtrent 60%. Takket være APDs interne lysstrømforsterkning, rask respons, kompakt størrelse, holdbarhet og lave kostnader, kan APD -fotodetektorer være en størrelsesorden høyere i deteksjonshastighet enn PIN -fotodetektorer, så den nåværende mainstream lidar er hovedsakelig dominert av skredfotodetektorer.

Totalt sett, med den raske utviklingen av IngaaS-forberedelsesteknologi hjemme og i utlandet, kan vi dyktig bruke MBE, MOCVD, LPE og andre teknologier for å utarbeide høykvalitets IngaaS-epitaksialt lag på INP-underlaget. InGAAS -fotodetektorer viser lav mørk strøm og høy respons, den laveste mørke strømmen er lavere enn 0,75 PA/μm², den maksimale responsiviteten er opptil 0,57 A/W, og har en rask forbigående respons (PS -orden). Den fremtidige utviklingen av InGAAS -fotodetektorer vil fokusere på følgende to aspekter: (1) IngaaS epitaxial lag dyrkes direkte på SI -underlaget. For tiden er de fleste av de mikroelektroniske enhetene i markedet SI -baserte, og den påfølgende integrerte utviklingen av InGAAS og SI -baserte er den generelle trenden. Å løse problemer som gittermatch og termisk ekspansjonskoeffisientforskjell er avgjørende for studiet av InGAAS/SI; (2) 1550 nm bølgelengde -teknologien har vært moden, og den utvidede bølgelengden (2,0 ~ 2,5) μm er den fremtidige forskningsretningen. Med økningen av komponenter, vil gittermatchen mellom INP -underlag og AGGAAS epitaksialt lag føre til mer alvorlig dislokasjon og feil, så det er nødvendig å optimalisere enhetsprosessparametrene, redusere gitterfeilene og redusere enheten mørk strøm.