InGaAs фотодетекторын бүтэц

-ийн бүтэцInGaAs фото илрүүлэгч

1980-аад оноос эхлэн дотоодын болон гадаадын судлаачид InGaAs фото илрүүлэгчийн бүтцийг үндсэндээ гурван төрөлд хуваадаг. Эдгээр нь InGaAs металл-Хагас дамжуулагч-металл фото илрүүлэгч (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), InGaAs нуранги фото илрүүлэгч (APD-PD) юм. Өөр өөр бүтэцтэй InGaAs фото илрүүлэгчийг үйлдвэрлэх үйл явц, өртөг нь мэдэгдэхүйц ялгаатай бөгөөд төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийн хувьд ихээхэн ялгаатай байдаг.

InGaAs металл-хагас дамжуулагч-металлфото илрүүлэгч, Зураг (a) -д үзүүлсэн нь Шоттки уулзвар дээр суурилсан тусгай бүтэц юм. 1992 онд Ши болон бусад. нь нам даралтын металл-органик уурын фазын эпитаксийн технологийг (LP-MOVPE) ашиглан эпитакситын давхаргыг ургуулж, 1.3 мкм долгионы уртад 0.42 А/Вт өндөр хариу үйлдэл үзүүлэх чадвартай, 5.6 пА/-аас бага харанхуй гүйдэлтэй InGaAs MSM фотодетекторыг бэлтгэсэн. μm²-д 1.5 В. 1996 онд zhang et al. InAlAs-InGaAs-InP эпитаксийн давхаргыг ургуулахын тулд хийн фазын молекул цацрагийн эпитакси (GSMBE) ашигласан. InAlAs давхарга нь өндөр эсэргүүцлийн шинж чанартай байсан бөгөөд өсөлтийн нөхцлийг рентген туяаны дифракцийн хэмжилтээр оновчтой болгосон тул InGaAs болон InAlAs давхаргын хоорондох торны үл нийцэл нь 1 × 10⁻³-ийн хүрээнд байв. Үүний үр дүнд 10 В-д 0.75 pA/μm²-аас доош харанхуй гүйдэлтэй, 5 В-д 16 пс хүртэл хурдан түр зуурын хариу үйлдэл үзүүлдэг төхөөрөмжийн гүйцэтгэлийг оновчтой болгодог. Ерөнхийдөө ЭБЭ-ийн бүтцийн фотодетектор нь энгийн бөгөөд нэгтгэхэд хялбар бөгөөд бага харанхуй гүйдэл (pA) харуулдаг. захиалга), гэхдээ металл электрод нь төхөөрөмжийн үр дүнтэй гэрэл шингээх хэсгийг багасгах тул хариу үйлдэл нь бусад бүтэцтэй харьцуулахад бага байдаг.

InGaAs PIN фото илрүүлэгч нь Зураг (b)-д үзүүлсэн шиг P хэлбэрийн контакт давхарга ба N төрлийн контакт давхаргын хооронд дотоод давхаргыг оруулдаг бөгөөд энэ нь хомсдолын бүсийн өргөнийг нэмэгдүүлж, улмаар илүү олон электрон нүхний хос цацрагийг үүсгэдэг. илүү том фото гүйдэл, тиймээс электрон дамжуулах маш сайн үзүүлэлттэй. 2007 онд А.Полочек нар. нь гадаргуугийн барзгар байдлыг сайжруулж, Si болон InP хоорондын торны үл нийцэлийг даван туулахын тулд бага температурт буфер давхаргыг ургуулахад MBE ашигласан. MOCVD нь InGaAs PIN бүтцийг InP субстрат дээр нэгтгэхэд ашигласан бөгөөд төхөөрөмжийн хариу үйлдэл нь ойролцоогоор 0.57А / Вт байв. 2011 онд Армийн судалгааны лаборатори (ALR) бага өртөгтэй богино долгионы өсгөгч чиптэй нэгтгэсэн навигаци, саад тотгор/мөргөлдөөнөөс зайлсхийх, ойрын зайн зорилтот илрүүлэгч/тодорхойлох зориулалттай liDAR дүрслэгчийг судлахын тулд PIN фото илрүүлэгчийг ашигласан. InGaAs PIN фотодетекторын дохио-дуу чимээний харьцааг мэдэгдэхүйц сайжруулсан. Үүний үндсэн дээр 2012 онд ALR нь 50 м-ээс дээш илрүүлэх хүрээ, 256 × 128 нарийвчлалтай liDAR дүрслэгчийг роботуудад ашигласан.

InGaAsнуранги фото илрүүлэгчнь олз бүхий нэг төрлийн фотодетектор бөгөөд бүтцийг нь Зураг (c)-д үзүүлэв. Электрон нүхний хос нь хоёр дахин нэмэгдэх бүсийн доторх цахилгаан талбайн үйлчлэлийн дор хангалттай энергийг олж авдаг бөгөөд ингэснээр атомтай мөргөлдөж, шинэ электрон нүхний хосуудыг үүсгэж, нуралтын эффект үүсгэж, материал дахь тэнцвэргүй тээвэрлэгчийг үржүүлдэг. . 2013 онд Жорж М MBE-ийг InP субстрат дээр торонд таарсан InGaAs болон InAlAs хайлшийг ургуулахад хайлшийн найрлага, эпитаксиаль давхаргын зузаан, модуляцлагдсан зөөвөрлөгчийн энергийг ашиглан нүхний иончлолыг багасгахын зэрэгцээ цахилгаан цочролын иончлолыг нэмэгдүүлэхийн тулд ашигласан. Тэнцвэртэй гаралтын дохионы олзоор APD нь дуу чимээ багатай, харанхуй гүйдэл багатай байдаг. 2016 онд Sun Jianfeng нар. InGaAs нуранги фотодетектор дээр суурилсан 1570 нм лазер идэвхтэй дүрсний туршилтын платформыг бүтээсэн. -ийн дотоод хэлхээAPD фото илрүүлэгчхүлээн авсан цуурай болон дижитал дохиог шууд гаргаж, төхөөрөмжийг бүхэлд нь авсаархан болгодог. Туршилтын үр дүнг Зураг дээр үзүүлэв. (d) ба (e). Зураг (d) нь дүрслэх объектын физик зураг, Зураг (e) нь гурван хэмжээст зайны зураг юм. С талбайн цонхны талбай нь А ба b талбайтай тодорхой гүнийн зайтай байгаа нь тодорхой харагдаж байна. Уг платформ нь импульсийн өргөнийг 10 нс-ээс бага, нэг импульсийн энергийг (1 ~ 3) мЖ тохируулж, хүлээн авах линзний талбайн өнцөг 2 °, давталтын давтамж 1 кГц, детекторын ажлын харьцаа ойролцоогоор 60% байна. APD-ийн дотоод фото гүйдлийн өсөлт, хурдан хариу үйлдэл, авсаархан хэмжээ, удаан эдэлгээтэй, хямд өртөгтэй тул APD фото илрүүлэгч нь PIN фото илрүүлэгчээс илүү өндөр давтамжтай байж болох тул одоогийн liDAR-д голчлон нуранги фото илрүүлэгч давамгайлж байна.

Ерөнхийдөө InGaAs бэлтгэх технологийг дотооддоо болон гадаадад хурдацтай хөгжүүлснээр бид MBE, MOCVD, LPE болон бусад технологийг чадварлаг ашиглаж, InP субстрат дээр том хэмжээний өндөр чанартай InGaAs эпитаксиаль давхаргыг бэлтгэх боломжтой. InGaAs фотодетекторууд нь харанхуй гүйдэл багатай, өндөр хариу үйлдэл үзүүлдэг, хамгийн бага харанхуй гүйдэл нь 0.75 pA/μm²-ээс бага, хамгийн их хариу үйлдэл нь 0.57 A/W хүртэл, хурдан түр зуурын хариу үйлдэлтэй (ps дараалал). InGaAs фотодетекторуудын ирээдүйн хөгжил нь дараах хоёр тал дээр төвлөрнө: (1) InGaAs эпитаксиаль давхарга нь Si субстрат дээр шууд ургадаг. Одоогийн байдлаар зах зээл дээрх микро электрон төхөөрөмжүүдийн ихэнх нь Si дээр суурилсан бөгөөд дараа нь InGaAs болон Si дээр суурилсан нэгдсэн хөгжил нь ерөнхий чиг хандлага юм. Торны үл нийцэх байдал, дулааны тэлэлтийн коэффициентийн зөрүү зэрэг асуудлыг шийдвэрлэх нь InGaAs/Si-г судлахад маш чухал юм; (2) 1550 нм долгионы урттай технологи нь боловсорч гүйцсэн бөгөөд өргөтгөсөн долгионы урт (2.0 ~ 2.5) мкм нь ирээдүйн судалгааны чиглэл юм. In бүрдэл хэсгүүд нэмэгдэхийн хэрээр InP субстрат ба InGaAs эпитаксиаль давхаргын хоорондох торны үл нийцэх байдал нь илүү ноцтой мултрал, согог үүсгэх тул төхөөрөмжийн процессын параметрүүдийг оновчтой болгох, торны согогийг багасгах, төхөөрөмжийн харанхуй гүйдлийг багасгах шаардлагатай байна.