Struktur Photodetector InGaaS

StrukturInGaaS Photodetector

Sejak tahun 1980 -an, penyelidik di rumah dan di luar negara telah mengkaji struktur Photodetectors InGaaS, yang terutamanya dibahagikan kepada tiga jenis. Mereka adalah InGaaS Metal-Semiconductor-Metal Photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), dan InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Terdapat perbezaan yang signifikan dalam proses fabrikasi dan kos Photodetectors InGaAs dengan struktur yang berbeza, dan terdapat juga perbezaan yang besar dalam prestasi peranti.

The InGaas Metal-semiconductor-MetalPhotodetector, yang ditunjukkan dalam Rajah (a), adalah struktur khas berdasarkan persimpangan Schottky. Pada tahun 1992, Shi et al. Digunakan Teknologi Epitaxy Fasa Metal-Organik Tekanan Rendah (LP-MOVPE) untuk menanam lapisan epitaxy dan menyediakan InGaAS MSM photodetector, yang mempunyai respons tinggi 0.42 A/ W pada panjang gelombang 1.3 μm dan arus gelap lebih rendah daripada 5.6 Pa/ μm² pada 1.5 V. Epitaxy rasuk molekul fasa gas (GSMBE) untuk menanam lapisan epitaxy InAlas-ingaas-INP. Lapisan InAlas menunjukkan ciri-ciri resistiviti yang tinggi, dan keadaan pertumbuhan dioptimumkan oleh pengukuran difraksi sinar-X, supaya ketidakcocokan kisi antara InGaaS dan lapisan InAlas berada dalam lingkungan 1 × 10⁻³. Ini mengakibatkan prestasi peranti yang dioptimumkan dengan arus gelap di bawah 0.75 PA/μm² pada 10 V dan tindak balas sementara yang cepat sehingga 16 ps pada 5 V. Secara keseluruhannya, struktur MSM photodetector adalah mudah dan mudah diintegrasikan, menunjukkan arus gelap yang rendah (PA urutan), tetapi elektrod logam akan mengurangkan kawasan penyerapan cahaya yang berkesan pada peranti itu, jadi tindak balas yang lebih rendah daripada struktur lain.

Photodetector pin InGaaS memasukkan lapisan intrinsik di antara lapisan sentuhan p-jenis dan lapisan hubungan N-jenis, seperti yang ditunjukkan dalam angka (b), yang meningkatkan lebar rantau kekurangan, sehingga memancarkan lebih banyak pasangan lubang elektron dan membentuk photocurrent yang lebih besar, jadi ia mempunyai prestasi pengaliran elektron yang sangat baik. Pada tahun 2007, A.Poloczek et al. MBE yang digunakan untuk menanam lapisan penampan suhu rendah untuk meningkatkan kekasaran permukaan dan mengatasi ketidakcocokan kekisi antara SI dan INP. MOCVD digunakan untuk mengintegrasikan struktur pin InGaAs pada substrat INP, dan respons peranti adalah kira -kira 0.57A /W. Pada tahun 2011, Makmal Penyelidikan Tentera Darat (ALR) menggunakan photodetectors pin untuk mengkaji imager lidar untuk navigasi, penghalang/penghindaran perlanggaran, dan pengesanan sasaran/pengenalan sasaran jarak pendek untuk kenderaan tanah tanpa pemandu kecil, yang diintegrasikan dengan cip penguat gelombang mikro rendah yang secara signifikan meningkatkan nato-to-noise noise-noise. Atas dasar ini, pada tahun 2012, ALR menggunakan Imager Lidar ini untuk robot, dengan julat pengesanan lebih daripada 50 m dan resolusi 256 × 128.

The InGaasAvalanche Photodetectoradalah sejenis photodetector dengan keuntungan, struktur yang ditunjukkan dalam angka (c). Pasangan lubang elektron memperoleh tenaga yang cukup di bawah tindakan medan elektrik di dalam rantau dua kali ganda, untuk bertembung dengan atom, menghasilkan pasangan elektron baru, membentuk kesan longsor, dan membiak pembawa bukan keseimbangan dalam bahan. Pada tahun 2013, George M menggunakan MBE untuk mengembangkan kekisi yang dipadankan dengan InGaAs dan aloi inAlas pada substrat INP, menggunakan perubahan dalam komposisi aloi, ketebalan lapisan epitaxial, dan doping ke tenaga pembawa yang dimodulasi untuk memaksimumkan pengionan elektroshock sambil meminimumkan pengionan lubang. Pada keuntungan isyarat output yang setara, APD menunjukkan bunyi yang lebih rendah dan arus gelap yang lebih rendah. Pada tahun 2016, Sun Jianfeng et al. Membina satu set platform eksperimen pencitraan aktif laser 1570 nm berdasarkan Photodetector Avalanche InGaaS. Litar dalamanAPD PhotodetectorMenerima gema dan secara langsung mengeluarkan isyarat digital, menjadikan keseluruhan peranti padat. Keputusan eksperimen ditunjukkan dalam Rajah. (d) dan (e). Rajah (d) adalah foto fizikal sasaran pengimejan, dan angka (e) adalah imej jarak tiga dimensi. Ia dapat dilihat dengan jelas bahawa kawasan tingkap kawasan C mempunyai jarak kedalaman tertentu dengan kawasan A dan B. Platform ini menyedari lebar nadi kurang daripada 10 ns, tenaga nadi tunggal (1 ~ 3) MJ laras, penerima sudut lensa 2 °, kekerapan pengulangan 1 kHz, nisbah duti pengesan kira -kira 60%. Terima kasih kepada keuntungan photocurrent dalaman APD, tindak balas pantas, saiz padat, ketahanan dan kos rendah, photodetectors APD boleh menjadi urutan magnitud yang lebih tinggi dalam kadar pengesanan daripada photodetectors pin, jadi lidar arus perdana semasa dikuasai oleh photodetectors avalanche.

Secara keseluruhannya, dengan perkembangan pesat teknologi penyediaan InGaAs di rumah dan di luar negara, kami dapat menggunakan MBE, MOCVD, LPE dan teknologi lain yang mahir untuk menyediakan lapisan epitaxial Inpitixial berkualiti tinggi di substrat INP. Photodetectors InGaaS mempamerkan arus gelap yang rendah dan respons tinggi, arus gelap terendah adalah lebih rendah daripada 0.75 PA/μm², respons maksimum adalah sehingga 0.57 A/W, dan mempunyai tindak balas sementara yang cepat (PS urutan). Perkembangan masa depan Photodetectors InGaaS akan memberi tumpuan kepada dua aspek berikut: (1) Lapisan epitaxial InGaaS secara langsung ditanam pada substrat Si. Pada masa ini, kebanyakan peranti mikroelektronik di pasaran adalah berasaskan SI, dan pembangunan bersepadu InGAAS dan SI yang berikutnya adalah trend umum. Menyelesaikan masalah seperti ketidakcocokan kekisi dan perbezaan pekali pengembangan haba adalah penting untuk kajian InGaAs/SI; (2) Teknologi panjang gelombang 1550 nm telah matang, dan panjang gelombang panjang (2.0 ~ 2.5) μm adalah arah penyelidikan masa depan. Dengan peningkatan komponen, ketidakcocokan kisi antara substrat INP dan lapisan epitaxial akan membawa kepada kehelan dan kecacatan yang lebih serius, jadi perlu mengoptimumkan parameter proses peranti, mengurangkan kecacatan kekisi, dan mengurangkan arus gelap peranti.