EgituraInGaAs fotodetektagailua
1980ko hamarkadatik, ikertzaileek InGaAs fotodetektagailuen egitura aztertzen aritu dira, hiru mota nagusitan laburbil daitezkeenak: InGaAs metala erdieroale metalafotodetektagailuak(MSM-PD), InGaAsPIN fotodetektagailuak(PIN-PD) eta InGaAselur-jausien fotodetektagailuak(APD-PD). InGaAs fotodetektagailuen egitura desberdinen ekoizpen-prozesuan eta kostuan alde nabarmenak daude, eta gailuen errendimenduan ere alde nabarmenak daude.
InGaAs metal erdieroale metaliko fotodetektagailuaren egituraren eskema-diagrama irudian ageri da, Schottky junturan oinarritutako egitura berezi bat dena. 1992an, Shi et al.-ek presio baxuko metal-organo-lurrun faseko epitaxia (LP-MOVPE) teknologia erabili zuten geruza epitaxialak hazteko eta InGaAs MSM fotodetektagailuak prestatzeko. Gailuak 0,42 A/W-ko erantzun handia du 1,3 μm-ko uhin-luzeran eta 5,6 pA/μ m² baino gutxiagoko iluntasun-korrontea 1,5 V-tan. 1996an, ikertzaileek fase gaseosoko molekula-sorta epitaxia (GSMBE) erabili zuten InAlAs InGaAs InP epitaxial geruzak hazteko, eta hauek erresistentzia handiko ezaugarriak erakutsi zituzten. Hazkuntza-baldintzak X izpien difrakzio-neurketen bidez optimizatu ziren, eta horrek InGaAs eta InAlAs geruzen arteko sare-desadostasuna eragin zuen 1 × 10⁻³-ko tartean. Ondorioz, gailuaren errendimendua optimizatu zen, 0,75 pA/μ m² baino gutxiagoko iluntasun-korrontearekin 10 V-tan eta 16 ps-ko erantzun iragankor azkarrarekin 5 V-tan. Oro har, MSM egiturako fotodetektagailuak egitura sinple eta erraz integratzen dena du, iluntasun-korronte (pA maila) txikiagoa erakusten duena, baina elektrodo metalikoak gailuaren argi-xurgapen eraginkorreko eremua murrizten du, eta horren ondorioz, beste egiturekin alderatuta erantzun txikiagoa lortzen da.
InGaAs PIN fotodetektagailuak P motako kontaktu geruzaren eta N motako kontaktu geruzaren artean txertatutako geruza intrintseko bat du, irudian ikusten den bezala, eta horrek agortze eskualdearen zabalera handitzen du, horrela elektroi zulo bikote gehiago irradiatuz eta fotokorronte handiago bat sortuz, eroankortasun elektroniko bikaina erakutsiz. 2007an, ikertzaileek MBE erabili zuten tenperatura baxuko buffer geruzak hazteko, gainazaleko zimurtasuna hobetuz eta Si eta InP arteko sare-desadostasuna gaindituz. InGaAs PIN egiturak InP substratuetan integratu zituzten MOCVD erabiliz, eta gailuaren erantzuna 0,57 A/W ingurukoa zen. 2011n, ikertzaileek PIN fotodetektagailuak erabili zituzten nabigaziorako, oztopoak/talkak saihesteko eta lurreko ibilgailu txiki tripulatu gabeen helburuak detektatzeko/ezagutzeko irismen laburreko LiDAR irudi-gailu bat garatzeko. Gailua kostu baxuko mikrouhin anplifikadore txip batekin integratu zen, InGaAs PIN fotodetektagailuen seinale-zarata erlazioa nabarmen hobetuz. Oinarri honetan oinarrituta, 2012an, ikertzaileek LiDAR irudi-gailu hau robotetan aplikatu zuten, 50 metro baino gehiagoko detekzio-eremuarekin eta 256 × 128ra igotako bereizmenarekin.
InGaAs elur-jausi fotodetektagailua irabazia duen fotodetektagailu mota bat da, egitura-diagraman erakusten den bezala. Elektroi-zulo bikoteek energia nahikoa lortzen dute bikoizketa-eskualdearen barruko eremu elektrikoaren eraginpean, eta atomoekin talka egiten dute elektroi-zulo bikote berriak sortzeko, elur-jausi efektua sortuz eta materialean oreka ez dauden karga-eramaileak bikoiztuz. 2013an, ikertzaileek MBE erabili zuten sare-parekatutako InGaAs eta InAlAs aleazioak InP substratuetan hazteko, eramaileen energia modulatuz aleazioaren konposizioan, epitaxial geruzan lodieran eta dopatzean izandako aldaketen bidez, elektroshock ionizazioa maximizatuz eta zuloen ionizazioa minimizatuz. Irteerako seinale-irabazi baliokidearen pean, APD-k zarata baxua eta iluntasun-korronte txikiagoa erakusten ditu. 2016an, ikertzaileek 1570 nm-ko laser bidezko irudi aktiboko plataforma esperimental bat eraiki zuten InGaAs elur-jausi fotodetektagailuetan oinarrituta. Barne-zirkuitua...APD fotodetektagailuaoihartzunak jaso eta seinale digitalak zuzenean irteten ditu, gailu osoa trinkoa bihurtuz. Emaitza esperimentalak (d) eta (e) irudietan erakusten dira. (d) irudia irudi-helburuaren argazki fisikoa da, eta (e) irudia hiru dimentsioko distantzia-irudia. Argi ikus daiteke C eremuko leiho-eremuak A eta B eremuetatik sakonera-distantzia jakin bat duela. Plataforma honek 10 ns baino gutxiagoko pultsu-zabalera, pultsu bakarreko energia erregulagarria (1-3) mJ, 2 °-ko ikus-eremu-angelua lortzen ditu transmisio- eta hartze-lenteetarako, 1 kHz-ko errepikapen-tasa eta % 60 inguruko detektagailuaren betebehar-zikloa. APDren barneko fotokorronte-irabaziari, erantzun azkarrari, tamaina trinkoari, iraunkortasunari eta kostu baxuari esker, APD fotodetektagailuek PIN fotodetektagailuek baino magnitude-ordena bat handiagoa den detekzio-tasa lor dezakete. Hori dela eta, gaur egun laser-radarrek elur-jausi fotodetektagailuak erabiltzen dituzte batez ere.
Argitaratze data: 2026ko otsailaren 11a