InGaAs fotodetektagailuaren egitura

-ren egituraInGaAs fotodetektagailua

1980ko hamarkadaz geroztik, ikertzaileek InGaAs fotodetektagailuen egitura aztertu dute, nagusiki hiru motatan banatuta. InGaAs metal-erdieroale-metal fotodetektagailua (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) eta InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD) dira. InGaAs fotodetektagailuen fabrikazio prozesuan eta kostuan desberdintasun handiak daude egitura ezberdinekin, eta gailuen errendimenduan ere alde handiak daude.

InGaAs metal-erdieroale-metalfotodetektagailua, (a) irudian ageri dena, Schottky-ko lotunean oinarritutako egitura berezi bat da. 1992an, Shi et al. presio baxuko metal-organiko lurrun-fasearen epitaxia teknologia (LP-MOVPE) erabili zuen epitaxia geruzak hazteko eta InGaAs MSM fotodetektagailua prestatu zuen, 0,42 A/W-ko erantzun handia duena 1,3 μm-ko uhin-luzeran eta 5,6 pA/ baino txikiagoa den korronte iluna duena. μm² 1,5 V-tan. 1996an, Zhang et al. gas faseko izpi molekular epitaxia (GSMBE) erabili zuen InAlAs-InGaAs-InP epitaxia geruza hazteko. InAlAs geruzak erresistentzia-ezaugarriak erakusten zituen, eta hazkuntza-baldintzak X izpien difrakzioaren neurketaren bidez optimizatu ziren, beraz, InGaAs eta InAlAs geruzen arteko sare-desegokia 1×10⁻³ tartean zegoen. Honen ondorioz, gailuaren errendimendu optimizatua lortzen da 0,75 pA/μm²-tik beherako korronte ilunarekin 10 V-tan eta 16 ps-ra arteko erantzun iragankorrarekin 5 V-tan. Oro har, MSM egitura fotodetektagailua sinplea eta integratzeko erraza da, korronte ilun baxua (pA) erakusten duena. ordena), baina metalezko elektrodoak gailuaren argia xurgatzeko eremu eraginkorra murriztuko du, beraz, erantzuna beste egitura batzuek baino txikiagoa da.

InGaAs PIN fotodetektagailuak berezko geruza bat txertatzen du P motako kontaktu-geruzaren eta N motako kontaktu-geruzaren artean, (b) irudian ikusten den moduan, agortze-eskualdearen zabalera handitzen duena, eta, horrela, elektroi-zulo bikote gehiago irradiatuz eta bat osatuz. fotokorronte handiagoa, beraz, elektroi-eroapen errendimendu bikaina du. 2007an, A.Poloczek et al. MBE erabili zuen tenperatura baxuko buffer geruza hazteko gainazaleko zimurtasuna hobetzeko eta Si eta InP-ren arteko sare-desegokia gainditzeko. MOCVD InGaAs PIN egitura InP substratuan integratzeko erabili zen, eta gailuaren erantzuna 0.57A /W ingurukoa izan zen. 2011n, Army Research Laboratory-k (ALR) PIN fotodetektagailuak erabili zituen liDAR irudia nabigatzeko, oztopoak/talkak saihesteko eta irismen laburreko helburuak hautemateko/identifikatzeko, tripulaziorik gabeko lurreko ibilgailu txikietarako, kostu baxuko mikrouhin-anplifikadore txip batekin integratuta. nabarmen hobetu zuen InGaAs PIN fotodetektagailuaren seinale-zarata erlazioa. Oinarri horretan, 2012an, ALR-k robotentzako liDAR irudi-sorgailu hau erabili zuen, 50 m-tik gorako detekzio-tartearekin eta 256 × 128ko bereizmenarekin.

InGaAselur-jausi fotodetektagailuairabazia duen fotodetektagailu moduko bat da, zeinaren egitura (c) irudian ageri den. Elektroi-zulo bikoteak bikoizketa-eskualdearen barruko eremu elektrikoaren eraginez nahikoa energia lortzen du, atomoarekin talka egiteko, elektroi-zulo bikote berriak sortzeko, elur-jausi efektua eratzeko eta oreka ez-eramaileak materialaren biderkatzeko. . 2013an, George M-k MBE erabili zuen InGaAs eta InAlAs aleazioekin bat datozen sareak hazteko InP substratu batean, aleazio-konposizioan, geruza epitaxialaren lodieran eta eramaile-energia modulatuaren dopazioa erabiliz, elektroshock ionizazioa maximizatzeko zuloaren ionizazioa minimizatzeko. Irteerako seinalearen irabazi baliokidean, APDk zarata txikiagoa eta korronte ilun txikiagoa erakusten du. 2016an, Sun Jianfeng et al. 1570 nm-ko laser bidezko irudi aktiboko plataforma esperimental bat eraiki zuen, InGaAs elur-jausi fotodetektagailuan oinarrituta. -ren barne zirkuituaAPD fotodetektagailuaoihartzunak jaso eta seinale digitalak zuzenean ateratzen ditu, gailu osoa trinkotuz. Emaitza esperimentalak FIG. (d) eta (e). (d) irudia irudiaren xedearen argazki fisikoa da, eta (e) irudia distantzia hiru dimentsioko irudia. Argi ikus daiteke c eremuko leiho-eremuak A eta b eremuarekiko sakonera-distantzia jakin bat duela. Plataformak 10 ns baino gutxiagoko pultsu-zabalera konturatzen du, pultsu bakarreko energia (1 ~ 3) mJ erregulagarria, lentearen eremua 2°-ko angelua jasotzen du, 1 kHz-eko errepikapen maiztasuna, detektagailuaren betebeharra % 60 ingurukoa. APDren barneko fotokorrontearen irabaziari, erantzun azkarrari, tamaina trinkoari, iraunkortasunari eta kostu baxuari esker, APD fotodetektagailuak PIN fotodetektagailuak baino detekzio-tasa handiagoak izan daitezke, beraz, egungo liDAR nagusian elur-jausi fotodetektagailuak dira nagusi.

Orokorrean, InGaAs prestatzeko teknologiaren garapen azkarrarekin, etxean eta atzerrian, trebetasunez erabil ditzakegu MBE, MOCVD, LPE eta beste teknologia batzuk eremu handiko kalitate handiko InGaAs geruza epitaxiala InP substratuan prestatzeko. InGaAs fotodetektagailuek korronte ilun baxua eta erantzun handia erakusten dute, korronte ilun txikiena 0,75 pA/μm² baino txikiagoa da, gehienezko erantzuna 0,57 A/W artekoa da eta erantzun iragankor azkarra du (ps ordena). InGaAs fotodetektagailuen etorkizuneko garapena bi alderdi hauetan zentratuko da: (1) InGaAs geruza epitaxiala zuzenean hazten da Si substratuan. Gaur egun, merkatuan dauden gailu mikroelektroniko gehienak Si oinarritutakoak dira, eta ondorengo InGaAs eta Si oinarritutako garapen integratua joera orokorra da. InGaAs/Si-ren azterketarako funtsezkoa da sare-desegokitasuna eta hedapen termikoko koefizientearen diferentzia bezalako arazoak ebaztea; (2) 1550 nm-ko uhin-luzera teknologia heldua izan da, eta uhin-luzera hedatua (2,0 ~ 2,5) μm da etorkizuneko ikerketaren norabidea. In osagaien gehikuntzarekin, InP substratuaren eta InGaAs geruza epitaxialaren arteko sare-desegokitzapenak dislokazio eta akats larriagoak ekarriko ditu, beraz, beharrezkoa da gailuaren prozesuaren parametroak optimizatzea, sarearen akatsak murriztea eta gailuaren korronte iluna murriztea.