Структура на фотодетектор Ingaas

Структура наPhotoDetector Ingaas

От 80 -те години на миналия век изследователите у дома и в чужбина са изучавали структурата на фотодетекторите INGAAS, които са разделени главно на три вида. Те са метало-семиово-метъл-метален фотодетектор (MSM-PD), PIN PIN PIN PIN (PIN-PD) и PHALANS PhotoDetector (APD-PD). Съществуват значителни разлики в процеса на производство и цената на фотодетекторите на INGAAS с различни структури, а също така има и големи разлики в работата на устройството.

Метален-метал на IngaasФототектор, показан на фигура (а), е специална структура, базирана на кръстовището на Шотки. През 1992 г. Shi et al. Използва се метално-органична епитаксична технология с метално-органична пара (LP-MOVPE) за отглеждане на епитаксийски слоеве и приготвен фотодетектор INGAAS MSM, който има висока отзивчивост от 0,42 A/ W при дължина на вълната 1,3 µm и тъмен ток, по-ниска от 5,6 pa/ µm² при 1,5 V. През 1996 г. Zhang et al. Използвана газова фазова молекулярна лъчка Епитаксия (GSMBE) за отглеждане на епитаксийския слой на Иналас-Ингаас-ИНП. Слоят InAlas показва характеристики на високи съпротивления и условията на растеж бяха оптимизирани чрез рентгенова дифракционна измерване, така че несъответствието на решетката между INGAAs и INALAS слоевете беше в границите от 1 × 10⁻³. Това води до оптимизирана производителност на устройството с тъмен ток под 0,75 PA/μm² при 10 V и бърз преходен отговор до 16 ps при 5 V. Като цяло, фотоенекторът на структурата на MSM е прост и лесен за интегриране, показвайки нисък тъмен ток (PA ред), но металният електрод ще намали ефективността на светлинната абсорбционна площ на устройството, така че реакцията е по -ниска от другите структури.

Фотоенекторът INGAAS PIN вкарва вътрешен слой между контактния слой от тип P-тип и контактния слой от N-тип, както е показано на фигура (б), който увеличава ширината на областта на изчерпване, като по този начин излъчва повече двойки на електронни дупки и образувайки по-голям фотокурс, така че има отлична ефективност на електронната кондиция. През 2007 г. A.Poloczek et al. Използва MBE за отглеждане на буферен слой с ниска температура, за да подобри грапавостта на повърхността и да преодолее несъответствието на решетката между SI и InP. MOCVD се използва за интегриране на PIN структурата на Ingaas върху InP субстрата, а отзивчивостта на устройството е около 0,57a /w. През 2011 г. лабораторията за изследване на армията (ALR) използва PIN фотодетектори за изучаване на лидар изображение за навигация, избягване на препятствия/сблъсък и откриване/идентификация на целеви цели за малки безпилотни наземни превозни средства, интегрирани с нискотарифен микровълнов усилвател, който значително подобри съотношението сигнал-шум на съотношението на сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към сигнала към шумоленето на ингаас. На тази основа, през 2012 г., ALR използва този лидар изображение за роботи, с диапазон на откриване над 50 m и резолюция 256 × 128.

ИнгааПАЛАЛАНСКИ ФОТОДЕКТОРе вид фотодетектор с усилване, чиято структура е показана на фигура (c). Двойката на електронната дупка получава достатъчно енергия под действието на електрическото поле вътре в двойния регион, така че да се сблъска с атома, да генерира нови двойки електрон, да образува лавина ефект и да умножи неравновесните носители в материала. През 2013 г. Джордж М използва MBE за отглеждане на решетката, съвпадаща с INGAAs и Inalas сплави на INP субстрат, използвайки промени в състава на сплав, епитаксиална дебелина на слоя и допинг за модулирана енергия на носителя, за да увеличи максимално йонизацията на електрошока, като същевременно свежда до минимум йонизацията на дупката. При еквивалентното усилване на изходния сигнал APD показва по -нисък шум и по -нисък тъмен ток. През 2016 г. Sun Jianfeng et al. изгради комплект от експериментална платформа от 1570 nm лазерна активна изображения, базирана на фототектор INGAAS Avalanche. Вътрешната верига наAPD фототекторполучи ехо и директно извежда цифрови сигнали, като прави цялото устройство компактно. Експерименталните резултати са показани на фиг. г) и (д). Фигура (D) е физическа снимка на целта за изображения, а фигура (д) е триизмерно изображение на разстояние. Може ясно да се види, че зоната на прозореца в зона С има определено разстояние на дълбочината с площ А и Б. Платформата осъществява ширината на импулса под 10 ns, единична импулсна енергия (1 ~ 3) MJ регулируема, получавайки ъгъл на полето на лещата от 2 °, честота на повторение от 1 kHz, коефициент на дежурство от около 60%. Благодарение на вътрешното усилване на фототока на APD, бърза реакция, компактен размер, трайност и ниска цена, APD фотодетекторите могат да бъдат порядък по -висок в скоростта на откриване в сравнение с PIN фотодетекторите, така че сегашният основен лидар е доминиран главно от фототектори Avalanche.

Като цяло, с бързото развитие на технологията за подготовка на INGAAs у дома и в чужбина, можем умело да използваме MBE, MOCVD, LPE и други технологии, за да подготвим висококачествен епитаксиален слой на INGAAS с голяма част от INP. Фототекторите IngaaS проявяват нисък тъмен ток и висока отзивчивост, най -ниският тъмен ток е по -нисък от 0,75 pA/μm², максималната отзивчивост е до 0,57 A/W и има бърз преходен отговор (PS ред). Бъдещото развитие на фототекторите на IngaaS ще се съсредоточи върху следните два аспекта: (1) Epitaxial слой INGAAS се отглежда директно върху SI субстрата. Понастоящем повечето от микроелектронните устройства на пазара са базирани на SI, а последващото интегрирано развитие на INGAAS и базата на SI е общата тенденция. Решаването на проблеми като несъответствие на решетката и разликата в коефициента на термично разширяване е от решаващо значение за изследването на INGAAS/SI; (2) Технологията за дължина на вълната 1550 nm е зряла, а удължената дължина на вълната (2.0 ~ 2,5) μm е бъдещата посока на изследване. С увеличаването на компонентите, несъответствието на решетката между INP субстрата и епитаксиалния слой INGAAS ще доведе до по -сериозна дислокация и дефекти, така че е необходимо да се оптимизират параметрите на процеса на устройството, да се намалят дефектите на решетката и да се намали тъмният ток на устройството.