Struktur af Ingaas fotodetektor

Struktur afINGAAS -fotodetektor

Siden 1980'erne har forskere hjemme og i udlandet undersøgt strukturen af ​​Ingaas Photodetectors, som hovedsageligt er opdelt i tre typer. De er IngaAs metal-halvleder-metal fotodetektor (MSM-PD), IngaAs pin-fotodetektor (PIN-PD) og IngaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Der er signifikante forskelle i fremstillingsprocessen og omkostningerne ved IngaAs -fotodetektorer med forskellige strukturer, og der er også store forskelle i enhedsydelse.

Ingaas metal-halvleder-metalfotodetektor, vist i figur (a), er en speciel struktur baseret på Schottky -krydset. I 1992 har Shi et al. Brugte metal-organisk dampfase-epitaxy-teknologi (LP-MOVPE) med lavt tryk til at dyrke epitaxylag og forberedt INGAAS MSM-fotodetektor, som har en høj reaktion på 0,42 A/ W ved en bølgelængde på 1,3 μm og en mørk strøm, der er lavere end 5,6 PA/ μm² ved 1,5 V. i 1996, Zhang et al. Brugt gasfase molekylærbjælkepitaxy (GSMBE) til at dyrke inalas-ingaas-inp epitaxy-lag. Inalas-laget viste høje resistivitetsegenskaber, og vækstbetingelserne blev optimeret ved røntgenstrålediffraktionsmåling, så gittermatchet mellem Ingaas og Inalas lag var inden for området 1 × 10⁻³. Dette resulterer i optimeret enhedsydelse med mørk strøm under 0,75 PA/μm² ved 10 V og hurtig forbigående respons op til 16 ps ved 5 V. I det store og hele er MSM -strukturfotodetektoren enkel og let at integrere, hvilket viser lav mørk strøm (PA -orden), men metalelektroden reducerer det effektive lysabsorptionsområde på enheden, så responsen er lavere end andre strukturer.

IngaAs-pin-fotodetektoren indsætter et iboende lag mellem kontaktlaget af P-type og kontaktlaget af N-type, som vist i figur (b), hvilket øger bredden af ​​udtømningsregionen, hvilket således udstråler flere elektronhullepar og danner en større fotostrøm, så det har fremragende elektronanlægsydelse. I 2007 har A.Poloczek et al. Brugt MBE til at dyrke et lavtemperaturbufferlag for at forbedre overfladefremheden og overvinde gitterfejlen mellem SI og INP. MOCVD blev anvendt til at integrere INGAAS PIN -struktur på INP -substratet, og enhedens reaktionsevne var ca. 0,57A /W. I 2011 brugte Army Research Laboratory (ALR) pin-fotodetektorer til at studere en LIDAR-billedbillede til navigation, forhindring af forhindring/kollision og kortdistancemåldetektion/identifikation for små ubemandede jordkøretøjer, integreret med en lavprismikrobølgeforstærkerchip, der markant forbedrede signal-til-støjforholdet i Ingaas-pin-fotodetektoren. På dette grundlag brugte ALR i 2012 denne LIDAR -billedbillede til robotter med et detektionsområde på mere end 50 m og en opløsning på 256 × 128.

IngaasAvalanche -fotodetektorer en slags fotodetektor med gevinst, hvis struktur er vist i figur (c). Electron-hulparet opnår nok energi under virkningen af ​​det elektriske felt inde i fordoblingsregionen for at kollidere med atomet, genererer nye elektronhullepar, danner en lavineffekt og multiplicerer ikke-ligevægtsbærerne i materialet. I 2013 brugte George M MBE til at dyrke gitter matchede Ingaas og Inalas -legeringer på et INP -substrat ved anvendelse af ændringer i legeringssammensætning, epitaksial lagtykkelse og doping til moduleret bærerenergi for at maksimere elektroshock -ionisering, mens den minimerer hole -ionisering. Ved den ækvivalente udgangssignalforøgelse viser APD lavere støj og nedre mørk strøm. I 2016, Sun Jianfeng et al. bygget et sæt på 1570 nm laseraktiv billeddannelseseksperimentel platform baseret på Ingaas Avalanche Photodetector. Det interne kredsløb afAPD -fotodetektorModtaget ekko og udsender direkte digitale signaler, hvilket gør hele enheden kompakt. De eksperimentelle resultater er vist i fig. (d) og (e). Figur (d) er et fysisk foto af billeddannelsesmålet, og figur (e) er et tredimensionelt afstandsbillede. Det kan tydeligt ses, at vinduesområdet i område C har en bestemt dybdeafstand med areal A og B. Platformen realiserer pulsbredde mindre end 10 ns, enkelt pulsenergi (1 ~ 3) MJ justerbar, modtagende linsefeltvinkel på 2 °, gentagelsesfrekvens på 1 kHz, detektorafgiftsforhold på ca. 60%. Takket være APDs interne fotostrømsgevinst, hurtig respons, kompakt størrelse, holdbarhed og lave omkostninger, kan APD -fotodetektorer være en størrelsesorden, der er højere i detektionshastighed end pin -fotodetektorer, så de nuværende mainstream LIDAR er hovedsageligt domineret af avalanche -fotodetektorer.

Samlet set kan vi med den hurtige udvikling af IngaAs-forberedelsesteknologi hjemme og i udlandet dygtige bruge MBE, MOCVD, LPE og andre teknologier til at forberede IngaAs-lag i stor kvalitet på INPITAXIAL-lag på INP-underlaget. INGAAS -fotodetektorer udviser lav mørk strøm og høj lydhørhed, den laveste mørke strøm er lavere end 0,75 PA/μm², den maksimale lydhørhed er op til 0,57 A/W og har en hurtig forbigående respons (PS -orden). Den fremtidige udvikling af INGAAS -fotodetektorer vil fokusere på følgende to aspekter: (1) IngaAs -epitaksiale lag dyrkes direkte på Si -substrat. På nuværende tidspunkt er de fleste af de mikroelektroniske enheder på markedet SI -baserede, og den efterfølgende integrerede udvikling af INGAA'er og SI -baserede er den generelle tendens. Løsning af problemer såsom gittermatch og termisk ekspansionskoefficientforskel er afgørende for studiet af INGAAS/SI; (2) Den 1550 nm bølgelængde -teknologi har været moden, og den udvidede bølgelængde (2,0 ~ 2,5) μm er den fremtidige forskningsretning. Med stigningen i komponenter vil gittermatchet mellem INP -substrat og IngaAs -epitaksiale lag føre til mere alvorlig dislokation og defekter, så det er nødvendigt at optimere parametre for enhedsprocessen, reducere gitterdefekterne og reducere enhedens mørke strøm.