Struktuer fan InGaAs fotodetektor

Struktuer fanInGaAs fotodetektor

Sûnt de jierren '80 hawwe ûndersikers yn binnen- en bûtenlân de struktuer bestudearre fan InGaAs-fotodetektors, dy't benammen yn trije soarten ferdield binne. Se binne InGaAs metaal-Semiconductor-metaal fotodetektor (MSM-PD), InGaAs PIN-fotodetektor (PIN-PD), en InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). D'r binne signifikante ferskillen yn it fabrikaazjeproses en kosten fan InGaAs-fotodetektors mei ferskate struktueren, en d'r binne ek grutte ferskillen yn apparaatprestaasjes.

De InGaAs metaal-semiconductor-metaalfotodetektor, werjûn yn figuer (a), is in spesjale struktuer basearre op it Schottky-knooppunt. In 1992, Shi et al. brûkte lege druk metaal-organyske dampfase epitaksytechnology (LP-MOVPE) om epitaksylagen te groeien en InGaAs MSM-fotodetektor taret, dy't In hege responsiviteit hat fan 0.42 A / W op in golflingte fan 1.3 μm en in tsjustere stroom leger dan 5.6 pA / μm² by 1,5 V. Yn 1996, zhang et al. brûkte gasfase molekulêre beam epitaksy (GSMBE) om de InAlAs-InGaAs-InP epitaksylaach te groeien. De InAlAs-laach liet skaaimerken fan hege resistiviteit sjen, en de groeibetingsten waarden optimalisearre troch mjitting fan röntgen-diffraksje, sadat de lattice-mismatch tusken InGaAs en InAlAs-lagen binnen it berik fan 1 × 10⁻³ wie. Dit resulteart yn optimisearre apparaatprestaasjes mei tsjustere stroom ûnder 0,75 pA/μm² by 10 V en snelle transiente reaksje oant 16 ps by 5 V. Oer it algemien is de MSM-struktuerfotodetektor ienfâldich en maklik te yntegrearjen, en toant lege tsjustere stroom (pA) oarder), mar de metalen elektrode sil ferminderje it effektive ljocht absorption gebiet fan it apparaat, sadat it antwurd is leger as oare struktueren.

De InGaAs PIN-fotodetektor foeget in yntrinsike laach yn tusken de P-type kontaktlaach en de N-type kontaktlaach, lykas werjûn yn figuer (b), dy't de breedte fan 'e útputtingsregio fergruttet, sadat mear elektroanengatpearen útstriele en in grutter photocurrent, sadat it hat poerbêste elektroan conduction prestaasjes. Yn 2007, A. Poloczek et al. brûkt MBE te groeien in lege-temperatuer buffer laach te ferbetterjen it oerflak rûchheid en oerwinnen de lattice mismatch tusken Si en InP. MOCVD waard brûkt om InGaAs PIN-struktuer te yntegrearjen op it InP-substraat, en de responsiviteit fan it apparaat wie sawat 0.57A / W. Yn 2011 brûkte it Army Research Laboratory (ALR) PIN-fotodetektors om in liDAR-imager te studearjen foar navigaasje, foarkommen fan obstakels / botsingen, en doeldeteksje / identifikaasje fan koarte berik foar lytse ûnbemanne grûnauto's, yntegreare mei in lege kosten mikrogolffersterkerchip dy't signifikant ferbettere de sinjaal-to-lûd-ferhâlding fan 'e InGaAs PIN-fotodetektor. Op dizze basis brûkte ALR yn 2012 dizze liDAR-imager foar robots, mei in deteksjeberik fan mear as 50 m en in resolúsje fan 256 × 128.

De InGaAslawinefotodetektoris in soarte fan photodetector mei winst, de struktuer fan dat wurdt werjûn yn figuer (c). It elektroanen-gat-pear krijt genôch enerzjy ûnder de aksje fan it elektryske fjild yn 'e ferdûbelingsregio, om mei it atoom te botsjen, nije elektron-gat-pearen te generearjen, in lawine-effekt te foarmjen en de net-lykwichtige dragers yn it materiaal te fermannichfâldigjen. . Yn 2013 brûkte George M MBE om lattice matched InGaAs en InAlAs alloys te groeien op in InP substraat, mei feroaringen yn alloy gearstalling, epitaxial laach dikte, en doping oan modulearre carrier enerzjy om elektroshock ionisaasje te maksimalisearjen, wylst gationisaasje minimalisearret. By de lykweardige output sinjaal winst, APD toant legere lûd en legere tsjustere stroom. Yn 2016, Sun Jianfeng et al. boude in set fan 1570 nm laser aktyf imaging eksperiminteel platfoarm basearre op de InGaAs avalanche photodetector. De ynterne circuit fanAPD fotodetektorûntfange echo's en direkte útfier digitale sinjalen, wêrtroch it hiele apparaat kompakt. De eksperimintele resultaten wurde werjûn yn Fig. (d) en (e). Figure (d) is in fysike foto fan it imaging doel, en Figure (e) is in trijediminsjonale ôfstân ôfbylding. It is dúdlik te sjen dat it finstergebiet fan gebiet c in bepaalde djipteôfstân hat mei gebiet A en b. It platfoarm realisearret pulsbreedte minder dan 10 ns, single pulsenerzjy (1 ~ 3) mJ ferstelber, ûntfangende lensfjildhoeke fan 2 °, werhellingsfrekwinsje fan 1 kHz, detector duty ratio fan sawat 60%. Mei tank oan APD's ynterne fotostroomwinst, rappe reaksje, kompakte grutte, duorsumens en lege kosten, kinne APD-fotodetektors in folchoarder fan grutter wêze yn deteksjefrekwinsje dan PIN-fotodetektors, sadat de hjoeddeistige mainstream liDAR benammen dominearre wurdt troch lawinefotodetektors.

Oer it algemien, mei de rappe ûntwikkeling fan InGaAs-tariedingstechnology yn binnen- en bûtenlân, kinne wy ​​MBE, MOCVD, LPE en oare technologyen bekwaam brûke om heechweardige InGaAs-epitaxiale laach op InP-substraat te meitsjen. InGaAs-fotodetektors fertoane lege tsjustere stroom en hege responsiviteit, de leechste tsjustere stroom is leger dan 0.75 pA/μm², de maksimale responsiviteit is oant 0.57 A/W, en hat in rappe transiente antwurd (ps folchoarder). De takomstige ûntwikkeling fan InGaAs fotodetektors sil rjochtsje op de folgjende twa aspekten: (1) InGaAs epitaksiale laach wurdt direkt groeid op Si substraat. Op it stuit binne de measte mikro-elektroanyske apparaten op 'e merke Si-basearre, en de folgjende yntegreare ûntwikkeling fan InGaAs en Si-basearre is de algemiene trend. Oplossen fan problemen lykas lattice mismatch en termyske útwreiding koeffizient ferskil is krúsjaal foar de stúdzje fan InGaAs / Si; (2) De 1550 nm golflingte technology is folwoeksen west, en de útwreide golflingte (2.0 ~ 2.5) μm is de takomstige ûndersyksrjochting. Mei de tanimming fan In komponinten, de lattice mismatch tusken InP substraat en InGaAs epitaxial laach sil liede ta mear serieuze dislocation en mankeminten, dus it is nedich om te optimalisearjen it apparaat proses parameters, ferminderjen de lattice defekten, en ferminderjen it apparaat tsjustere stroom.