Принципот и сегашната состојба на фотодетекторот за лавини (APD фотодетектор) Втор дел

Принципот и сегашната состојба нафотодетектор за лавини (APD фотодетектор) Втор дел

2.2 Структура на APD чип
Разумната структура на чипот е основна гаранција за уреди со високи перформанси. Структурниот дизајн на APD главно ја зема предвид временската константа на RC, зафаќањето на дупката на хетероспојката, времето на транзит на носителот низ регионот на осиромашување и така натаму. Развојот на неговата структура е сумиран подолу:

(1) Основна структура
Наједноставната APD структура е базирана на PIN фотодиодата, P регионот и N регионот се силно допирани, а двојно-отпорниот регион од N-тип или P-тип се воведува во соседниот P регион или N регион за да се генерираат секундарни електрони и парови дупки, со цел да се реализира засилување на примарната фотоструја. За материјали од серијата InP, бидејќи коефициентот на јонизација на удар на дупките е поголем од коефициентот на јонизација на удар на електроните, регионот на засилување на N-тип допир обично се поставува во P регионот. Во идеална ситуација, само дупки се инјектираат во регионот на засилување, па затоа оваа структура се нарекува структура со инјектирање на дупки.

(2) Се разликуваат апсорпцијата и добивката
Поради карактеристиките на широкиот енергетски јаз на InP (InP е 1,35 eV, а InGaAs е 0,75 eV), InP обично се користи како материјал за зоната на засилување, а InGaAs како материјал за зоната на апсорпција.

(3) Структурите на апсорпција, градиент и засилување (SAGM) се предложени соодветно
Во моментов, повеќето комерцијални APD уреди користат InP/InGaAs материјал, InGaAs како апсорпционен слој, InP под силно електрично поле (>5x105V/cm) без дефект, може да се користи како материјал за зона на засилување. За овој материјал, дизајнот на овој APD е таков што процесот на лавина се формира во N-тип InP со судир на дупки. Со оглед на големата разлика во енергетскиот јаз помеѓу InP и InGaAs, разликата во енергетското ниво од околу 0,4 eV во валентниот опсег ги прави дупките генерирани во апсорпциониот слој на InGaAs блокирани на работ на хетероспојката пред да стигнат до слојот за множење на InP и брзината е значително намалена, што резултира со долго време на одговор и тесен пропусен опсег на овој APD. Овој проблем може да се реши со додавање на преоден слој InGaAsP помеѓу двата материјали.

(4) Структурите на апсорпција, градиент, полнеж и засилување (SAGCM) се предложени соодветно
За дополнително прилагодување на распределбата на електричното поле на апсорпциониот слој и слојот за засилување, во дизајнот на уредот се воведува слојот за полнење, што значително ја подобрува брзината и одзивот на уредот.

(5) Резонаторно подобрена (RCE) SAGCM структура
Во горенаведениот оптимален дизајн на традиционалните детектори, мора да се соочиме со фактот дека дебелината на апсорпциониот слој е контрадикторен фактор за брзината на уредот и квантната ефикасност. Тенката дебелина на апсорпциониот слој може да го намали времето на транзит на носителот, па затоа може да се добие голем пропусен опсег. Меѓутоа, во исто време, за да се добие поголема квантна ефикасност, апсорпциониот слој треба да има доволна дебелина. Решението за овој проблем може да биде структурата на резонантната шуплина (RCE), односно дистрибуираниот Брегов рефлектор (DBR) е дизајниран на дното и на врвот на уредот. DBR огледалото се состои од два вида материјали со низок индекс на прекршување и висок индекс на прекршување во структурата, и двата растат наизменично, а дебелината на секој слој се среќава со брановата должина на инцидентната светлина 1/4 во полупроводникот. Резонаторската структура на детекторот може да ги задоволи барањата за брзина, дебелината на апсорпциониот слој може да се направи многу тенка, а квантната ефикасност на електронот се зголемува по неколку рефлексии.

(6) Структура на брановоди со спојување на рабовите (WG-APD)
Друго решение за решавање на контрадикцијата на различните ефекти на дебелината на апсорпциониот слој врз брзината на уредот и квантната ефикасност е да се воведе структура на брановоди со спојување на рабовите. Оваа структура влегува во светлината од страна, бидејќи апсорпциониот слој е многу долг, лесно е да се добие висока квантна ефикасност, а во исто време, апсорпциониот слој може да се направи многу тенок, намалувајќи го времето на транзит на носителот. Затоа, оваа структура го решава проблемот со различната зависност на пропусниот опсег и ефикасноста од дебелината на апсорпциониот слој и се очекува да постигне висока брзина и висока квантна ефикасност на APD. Процесот на WG-APD е поедноставен од оној на RCE APD, што го елиминира комплицираниот процес на подготовка на DBR огледалото. Затоа, тој е поизводлив во практичната област и погоден за оптичко поврзување со заедничка рамнина.

3. Заклучок
Развој на лавинафотодетекторматеријали и уреди се разгледува. Стапките на јонизација на судири на електрони и дупки кај InP материјалите се блиски до оние на InAlAs, што доведува до двоен процес на двата симбиони на носители, што го продолжува времето на создавање на лавина и го зголемува шумот. Во споредба со чистите InAlAs материјали, структурите на квантни бунари InGaAs (P) /InAlAs и In (Al) GaAs/InAlAs имаат зголемен однос на коефициентите на јонизација на судир, така што перформансите на шумот можат значително да се променат. Во однос на структурата, развиени се структура на SAGCM со подобрен резонатор (RCE) и структура на брановоди со рабови (WG-APD) со цел да се решат противречностите на различните ефекти на дебелината на апсорпциониот слој врз брзината на уредот и квантната ефикасност. Поради сложеноста на процесот, целосната практична примена на овие две структури треба дополнително да се истражи.