Structure of InGaAs photodetector

Structure ofFotodetektora InGaAs

Ji salên 1980-an û vir ve, lêkolînerên li navxwe û derveyî welat li ser avahiya fotodetektorên InGaAs lêkolîn kirin, ku bi gelemperî li sê celeb têne dabeş kirin. Ew InGaAs Fotodetektora Metal-Semiconductor-Metal (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), û InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD) ne. Cûdahiyên girîng di pêvajoya çêkirinê û lêçûna fotodetektorên InGaAs ên bi strukturên cihêreng de hene, û di performansa cîhazê de jî cûdahiyên mezin hene.

The InGaAs metal-nîvconductor-metalfotodetektor, ku di jimar (a) de tê xuyang kirin, avahiyek taybetî ye ku li ser bingeha hevbenda Schottky ye. Di 1992 de, Shi et al. Teknolojiya epîtaksiya qonaxa vaporê ya metal-organîk a zexta nizm (LP-MOVPE) bikar anî da ku qatên epîtaksî mezin bike û wênedetektora MSM ya InGaAs amade kir, ku xwedan bertekek bilind a 0,42 A/W li dirêjahiya pêlê 1,3 μm û herikîna tarî ji 5,6 pA/ μm² li 1,5 V. Di 1996 de, zhang et al. Ji bo mezinkirina qata epîtaksî ya InAlAs-InGaAs-InP, epîtaksiya tîrêjê molekular a qonaxa gazê (GSMBE) bikar anî. Tebeqeya InAlAs taybetmendiyên berxwedêriya bilind nîşan da, û şert û mercên mezinbûnê bi pîvana dabeşkirina tîrêjê X-ê xweştir kirin, ji ber vê yekê nehevsengiya tîrêjê di navbera qatên InGaAs û InAlAs de di nav rêza 1×10-3 de bû. Ev encam dibe sedema performansa amûrê ya xweşbînkirî ya bi herikîna tarî ya li jêr 0,75 pA/μm² li 10 V û berteka demkî ya bilez heya 16 ps li 5 V. Bi tevahî, wênedetektora avahiya MSM sade û hêsan e ku meriv tê de entegre bike, û herikîna tarî kêm nîşan dide (pA emir), lê elektroda metal dê qada vegirtina ronahiya bandor a cîhazê kêm bike, ji ber vê yekê bersiv ji strukturên din kêmtir e.

Fotodetektora PIN-ê ya InGaAs tebeqeyek xwerû dixe navbera qata pêwendiya tîpa P û qata pêwendiya tîpa N, wekî ku di Figure (b) de tê xuyang kirin, ku firehiya devera kêmbûnê zêde dike, bi vî rengî bêtir cotên elektron-holê radike û çêlekek çêdike. herikîna wêneyê mezintir, ji ber vê yekê ew xwedan performansa hilgirtina elektronîkî ya hêja ye. Di 2007 de, A.Poloczek et al. MBE bikar anî da ku qatek tamponek-germahiya nizm mezin bike da ku ziraviya rûkalê baştir bike û lihevnekirina tîrêjê di navbera Si û InP de derbas bike. MOCVD hate bikar anîn da ku strukturek PIN-a InGaAs li ser substrate InP-ê yek bike, û bersivdana cîhazê bi qasî 0.57A / W bû. Di sala 2011-an de, Laboratoriya Lêkolînê ya Artêşê (ALR) fotodetektorên PIN-ê bikar anî da ku wênesazek ​​liDAR-ê ji bo navîgasyon, astengî / dûrketina ji pevçûnê, û vedîtin / nasîna hedefa menzîla kurt a ji bo wesayîtên bejahiyê yên piçûk ên bêpîlot, bi çîpek amplifikatorê mîkro-pêla erzan a ku bi lêçûnek erzan ve girêdayî ye, lêkolîn bike. Rêjeya sînyala-dengê ya wênedetektora PIN ya InGaAs bi girîngî çêtir kir. Li ser vê bingehê, di sala 2012-an de, ALR ev wênekerê liDAR-ê ji bo robotan, bi rêjeyek tespîtkirina ji 50 m zêdetir û çareseriya 256 × 128 bikar anî.

The InGaAsfotodetektora avalanchecelebek fotodetektorek bi qezencê ye, ku avahiya wê di wêneya (c) de tê nîşandan. Cotê elektron-çalê têra xwe enerjiyê werdigire di bin çalakiya qada elektrîkê ya di hundurê devera duqatbûnê de, da ku bi atomê re li hev bikeve, cotên elektron-holê yên nû çêbike, bandorek berfê çêbike û hilgirên ne-hevseng ên di materyalê de zêde bike. . Di sala 2013-an de, George M MBE bikar anî da ku tîrêjên lihevhatî yên InGaAs û InAlAs li ser substratek InP mezin bike, bi karanîna guheztinên di pêkhateya alloyê de, stûrahiya qata epîtaksial, û dopîngê ji enerjiya hilgirê modulkirî re bikar anî da ku ionîzasyona elektroşokê herî zêde bike û di heman demê de ionîzasyona qulikê kêm bike. Di qezenca sînyala derketinê ya wekhev de, APD dengek kêmtir û herika tarî ya kêmtir nîşan dide. Di 2016 de, Sun Jianfeng et al. li ser bingeha fotodetektora avalanche ya InGaAs komek platformek ceribandinê ya wênekêşana çalak a lazer a 1570 nm çêkir. Çerxa navxweyî yaFotodetektora APDecho werdigirin û rasterast îşaretên dîjîtal derdixin, ku tevahiya cîhazê tevlihev dike. Encamên ceribandinê di FIG de têne xuyang kirin. (d) û (e). Şêwe (d) wêneyekî fizîkî yê armanca wênekêşandinê ye, û jimar (e) wêneyekî dûrbûna sê-alî ye. Bi zelalî tê dîtin ku qada pencereya devera c bi qada A û b re xwedan dûriyek kûr e. Platform bi firehiya nebzê ji 10 ns kêmtir, enerjiya pêlê ya yekane (1 ~ 3) mJ tê verast kirin, qada lensê werdigire Angle 2°, frekansa dubarekirina 1 kHz, rêjeya peywira detektorê bi qasî 60%. Bi saya qezenca rojane ya wêneya hundurîn a APD, bersiva bilez, mezinahiya tevlihev, domdarî û lêçûnek kêm, fotodetektorên APD-ê dikarin di rêjeya tespîtê de ji wênedetektorên PIN-ê pirtir bin, ji ber vê yekê liDAR-a sereke ya heyî bi giranî ji hêla fotodetektorên berfê ve tê serdest kirin.

Bi tevayî, digel pêşkeftina bilez a teknolojiya amadekirina InGaAs li hundur û derveyî welêt, em dikarin bi jêhatî MBE, MOCVD, LPE û teknolojiyên din bikar bînin da ku li ser substratê InP-ê qata epitaxial-a-kalîteya bilind a InGaAs-a qada mezin amade bikin. Fotodetektorên InGaAs herikîna tarî ya kêm û berteka bilind nîşan didin, herikîna tarî ya herî nizm ji 0,75 pA/μm² kêmtir e, bersivdana herî zêde heya 0,57 A/W e, û xwedan bersivek bilez a demkî ye (fermana ps). Pêşkeftina pêşerojê ya fotodetektorên InGaAs dê balê bikişîne ser du aliyên jêrîn: (1) Tebeqeya epitaxial ya InGaAs rasterast li ser substratê Si tê mezin kirin. Heya nuha, piraniya amûrên mîkroelektronîkî yên li sûkê bingeha Si-yê ne, û pêşkeftina yekbûyî ya paşîn a InGaAs û Si-ya bingehîn meyla gelemperî ye. Ji bo lêkolîna InGaAs/Si çareser kirina pirsgirêkên wek hevahengiya lat û ferqa hevsengiya berfirehbûna termal girîng e; (2) Teknolojiya dirêjahiya pêlê ya 1550 nm gihîştî bûye, û dirêjahiya pêla dirêjkirî (2.0 ~ 2.5) μm rêça lêkolîna pêşerojê ye. Bi zêdebûna pêkhateyan re, nehevsengiya tîrêjê di navbera substrate InP û qata epîtaksial ya InGaAs de dê bibe sedema veqetandin û kêmasiyên cidîtir, ji ber vê yekê pêdivî ye ku parametreyên pêvajoya cîhazê xweşbîn bikin, kêmasiyên tîrêjê kêm bikin, û heyama tarî ya cîhazê kêm bikin.