Нурангины фото илрүүлэгч (APD photodetector)-ийн зарчим ба өнөөгийн байдал Хоёрдугаар хэсэг

-ийн зарчим ба өнөөгийн байдалнуранги фото илрүүлэгч (APD фото илрүүлэгч) Хоёрдугаар хэсэг

2.2 APD чипний бүтэц
Боломжийн чипийн бүтэц нь өндөр гүйцэтгэлтэй төхөөрөмжүүдийн үндсэн баталгаа юм. APD-ийн бүтцийн загварт голчлон RC цагийн тогтмол, гетерогцолтын үед нүх барих, хомсдолын бүсээр дамжин өнгөрөх тээвэрлэгчийн хугацаа гэх мэтийг авч үздэг. Түүний бүтцийн хөгжлийг дор нэгтгэн харуулав.

(1) Үндсэн бүтэц
APD-ийн хамгийн энгийн бүтэц нь PIN фотодиод дээр суурилдаг бөгөөд P муж ба N мужид их хэмжээний нэмэлт бодис агуулагддаг ба N-төрөл эсвэл P төрлийн давхар зэвүүн бүсийг зэргэлдээх P муж эсвэл N бүсэд нэвтрүүлж, хоёрдогч электрон болон нүхийг үүсгэдэг. анхдагч фото гүйдлийн өсгөлтийг хэрэгжүүлэхийн тулд хосууд. InP цуврал материалын хувьд нүхний цохилтын иончлолын коэффициент нь электрон нөлөөллийн иончлолын коэффициентээс их байдаг тул N төрлийн допингийн олзны бүсийг ихэвчлэн P мужид байрлуулдаг. Тохиромжтой нөхцөлд олзны бүсэд зөвхөн нүхнүүд тарьдаг тул энэ бүтцийг нүхээр шахдаг бүтэц гэж нэрлэдэг.

(2) Шингээлт ба олзыг ялгадаг
InP-ийн өргөн зурвасын шинж чанараас шалтгаалан (InP нь 1.35eV, InGaAs нь 0.75eV) InP нь ихэвчлэн олз авах бүсийн материал, InGaAs нь шингээлтийн бүсийн материал болгон ашиглагддаг.

(3) Шингээх, градиент ба олз (SAGM) бүтцийг тус тус санал болгож байна.
Одоогийн байдлаар ихэнх арилжааны APD төхөөрөмжүүд нь InP/InGaAs материалыг, шингээлтийн давхарга болгон InGaAs, өндөр цахилгаан талбайн дор (>5x105V/cm) задрахгүйгээр InP-ийг олз бүсийн материал болгон ашиглаж болно. Энэ материалын хувьд энэхүү APD-ийн загвар нь нүхний мөргөлдөөний улмаас N төрлийн InP-д нуранги үүсэх процесс үүсдэг. InP болон InGaAs-ийн хоорондох зурвасын ялгаа их байгааг харгалзан үзвэл валентын зурвас дахь энергийн түвшний 0.4eV-ийн зөрүү нь InGaAs шингээлтийн давхаргад үүссэн нүхийг InP үржүүлэгч давхаргад хүрэхээс өмнө гетерогцолтын ирмэг дээр бөглөрүүлж, хурд нь маш их байдаг. багасч, хариу өгөх хугацаа урт, энэ APD-ийн нарийн зурвасын өргөнийг бий болгодог. Энэ асуудлыг хоёр материалын хооронд InGaAsP шилжилтийн давхаргыг нэмж шийдэж болно.

(4) Шингээх, градиент, цэнэг ба олз (SAGCM) бүтцийг тус тус санал болгож байна.
Шингээх давхарга ба ашгийн давхаргын цахилгаан талбайн хуваарилалтыг цаашид тохируулахын тулд цэнэгийн давхаргыг төхөөрөмжийн загварт нэвтрүүлсэн бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн хурд, хариу үйлдэл үзүүлэх чадварыг ихээхэн сайжруулдаг.

(5) Резонаторын сайжруулсан (RCE) SAGCM бүтэц
Уламжлалт детекторуудын дээрх оновчтой загварт бид шингээлтийн давхаргын зузаан нь төхөөрөмжийн хурд ба квант үр ашгийн хувьд зөрчилддөг хүчин зүйлтэй тулгарах ёстой. Шингээгч давхаргын нимгэн зузаан нь тээвэрлэгчийн дамжин өнгөрөх хугацааг багасгадаг тул том зурвасын өргөнийг авах боломжтой. Гэсэн хэдий ч үүнтэй зэрэгцэн илүү өндөр квантын үр ашгийг олж авахын тулд шингээлтийн давхарга хангалттай зузаантай байх шаардлагатай. Энэ асуудлын шийдэл нь резонансын хөндий (RCE) бүтэц байж болно, өөрөөр хэлбэл төхөөрөмжийн доод ба дээд хэсэгт тархсан Брагг тусгал (DBR) хийгдсэн байдаг. DBR толь нь хугарлын илтгэгч бага, хугарлын өндөр илтгэгч бүтэцтэй хоёр төрлийн материалаас бүрдэх ба хоёр нь ээлжлэн ургах ба давхарга бүрийн зузаан нь хагас дамжуулагчийн гэрлийн долгионы уртын 1/4-тэй таарч байна. Илрүүлэгчийн резонаторын бүтэц нь хурдны шаардлагыг хангаж, шингээлтийн давхаргын зузааныг маш нимгэн болгож, электроны квант үр ашгийг хэд хэдэн тусгалын дараагаар нэмэгдүүлдэг.

(6) Ирмэгтэй хосолсон долгион хөтлүүрийн бүтэц (WG-APD)
Шингээх давхаргын зузаан нь төхөөрөмжийн хурд болон квантын үр ашигт үзүүлэх янз бүрийн нөлөөллийн зөрчилдөөнийг шийдвэрлэх өөр нэг шийдэл бол ирмэгээс холбосон долгион хөтлүүрийн бүтцийг нэвтрүүлэх явдал юм. Энэ бүтэц нь хажуу талаас гэрэлд ордог, учир нь шингээлтийн давхарга нь маш урт, өндөр квантын үр ашгийг олж авахад хялбар бөгөөд үүний зэрэгцээ шингээлтийн давхаргыг маш нимгэн болгож, тээвэрлэгчийн дамжин өнгөрөх хугацааг багасгадаг. Тиймээс энэ бүтэц нь шингээлтийн давхаргын зузаанаас зурвасын өргөн ба үр ашгийн янз бүрийн хамаарлыг шийдэж, өндөр хурдтай, өндөр квант үр ашигтай APD-д хүрэх төлөвтэй байна. WG-APD-ийн үйл явц нь RCE APD-ээс хялбар бөгөөд DBR толин тусгалыг бэлтгэх нарийн төвөгтэй процессыг арилгадаг. Тиймээс энэ нь практик талбарт илүү боломжтой бөгөөд нийтлэг хавтгай оптик холболтод тохиромжтой.

3. Дүгнэлт
Цасан нуралтын хөгжилфото илрүүлэгчматериал, төхөөрөмжүүдийг хянан үзэж байна. InP материалын электрон ба нүхний мөргөлдөөний иончлолын хурд нь InAlAs-тай ойролцоо байгаа нь хоёр зөөгч симбионы давхар процесст хүргэдэг бөгөөд энэ нь нуранги үүсэх хугацааг уртасгаж, дуу чимээг нэмэгдүүлдэг. Цэвэр InAlAs материалтай харьцуулахад InGaAs (P) /InAlAs ба In (Al) GaAs/InAlAs квант худгийн бүтэц нь мөргөлдөөний иончлолын коэффициентийн харьцаа ихэссэн тул дуу чимээний гүйцэтгэлийг ихээхэн өөрчлөх боломжтой. Бүтцийн хувьд шингээлтийн давхаргын зузаан нь төхөөрөмжийн хурд болон квантын үр ашигт үзүүлэх янз бүрийн нөлөөллийн зөрчилдөөнийг шийдвэрлэхийн тулд резонаторын сайжруулсан (RCE) SAGCM бүтэц, ирмэг-холбогдсон долгион хөтлүүрийн бүтцийг (WG-APD) боловсруулсан. Үйл явцын нарийн төвөгтэй байдлаас шалтгаалан эдгээр хоёр бүтцийн практик хэрэглээг цаашид судлах шаардлагатай.