Структура на фотодетектор InGaAs

Структура наФотодетектор InGaAs

Од 1980-тите, истражувачите дома и во странство ја проучувале структурата на фотодетекторите InGaAs, кои главно се поделени во три вида. Тие се InGaAs метал-полупроводнички-метален фотодетектор (MSM-PD), InGaAs PIN фотодетектор (PIN-PD) и InGaAs Лавински фотодетектор (APD-PD). Постојат значителни разлики во процесот на изработка и цената на фотодетекторите InGaAs со различна структура, а исто така има и големи разлики во перформансите на уредот.

InGaAs метал-полупроводник-металфотодетектор, прикажан на слика (а), е специјална структура базирана на Шотки-спој. Во 1992 година, Ши и сор. користеше низок притисок метално-органска пареа фаза епитаксија технологија (LP-MOVPE) за растење на епитаксичните слоеви и подготви InGaAs MSM фотодетектор, кој има висока одзивност од 0,42 A/W на бранова должина од 1,3 μm и темна струја помала од 5,6 pA/ μm² на 1,5 V. Во 1996 година, zhang et al. користеше гасна фаза молекуларна епитаксија на зрак (GSMBE) за растење на слојот на епитаксичност InAlAs-InGaAs-InP. Слојот InAlAs покажа карактеристики на висока отпорност, а условите за раст беа оптимизирани со мерење на дифракција на Х-зраци, така што несовпаѓањето на решетката помеѓу слоевите InGaAs и InAlAs беше во опсег од 1×10-3. Ова резултира со оптимизирани перформанси на уредот со темна струја под 0,75 pA/μm² на 10 V и брз минлив одговор до 16 ps на 5 V. Во целина, фотодетекторот MSM структура е едноставен и лесен за интегрирање, покажувајќи ниска темна струја (pA ред), но металната електрода ќе ја намали ефективната површина на апсорпција на светлина на уредот, така што одзивот е помал од другите структури.

Фотодетекторот InGaAs PIN вметнува внатрешен слој помеѓу контактниот слој од P-тип и контактниот слој од N-тип, како што е прикажано на слика (б), што ја зголемува ширината на регионот на исцрпување, со што зрачи повеќе парови електрони-дупки и формира поголема фотоструја, така што има одлични перформанси на спроводливост на електрони. Во 2007 година, A.Poloczek et al. користеше MBE за одгледување тампон слој со ниска температура за да се подобри грубоста на површината и да се надмине несовпаѓањето на решетката помеѓу Si и InP. MOCVD се користеше за интегрирање на структурата на PIN-кодот InGaAs на подлогата InP, а респонзивноста на уредот беше околу 0,57A /W. Во 2011 година, Армиската истражувачка лабораторија (ALR) користеше PIN фотодетектори за проучување на сликар liDAR за навигација, избегнување пречки/судири и откривање/идентификување цел со краток дострел за мали беспилотни копнени возила, интегрирани со евтин чип за засилувач на микробранови што значително го подобри односот сигнал-шум на фотодетекторот InGaAs PIN. Врз основа на ова, во 2012 година, ALR го користеше овој сликар liDAR за роботи, со опсег на детекција од повеќе од 50 m и резолуција од 256 × 128.

InGaAsфотодетектор за лавинае еден вид фотодетектор со засилување, чија структура е прикажана на слика (в). Парот електрон-дупка добива доволно енергија под дејство на електричното поле во областа на удвојување, така што ќе се судри со атомот, ќе генерира нови парови електрони-дупки, ќе формира ефект на лавина и ќе ги умножи нерамнотежните носители во материјалот. . Во 2013 година, Џорџ М користеше MBE за одгледување на решетки кои одговараат на легурите на InGaAs и InAlAs на подлогата на InP, користејќи промени во составот на легура, дебелината на епитаксијалниот слој и допингот до модулираната енергија на носителот за да се максимизира јонизацијата од електрошок додека се минимизира јонизацијата на дупките. При еквивалентно засилување на излезниот сигнал, APD покажува помал шум и помала темна струја. Во 2016 година, Сун Џијанфенг и сор. изгради сет од 1570 nm ласерска активна експериментална платформа за снимање базирана на фотодетектор за лавина InGaAs. Внатрешното коло наAPD фотодетекторпримени ехо и директно излегуваат дигитални сигнали, што го прави целиот уред компактен. Експерименталните резултати се прикажани на Сл. (г) и (д). Сликата (г) е физичка фотографија на целта за сликање, а сликата (д) е тродимензионална слика на растојание. Може јасно да се види дека површината на прозорецот од областа c има одредено длабинско растојание со плоштината A и b. Платформата реализира ширина на пулсот помала од 10 ns, прилагодлива енергија на еден пулс (1 ~ 3) mJ, поле на леќата за примање Агол од 2°, фреквенција на повторување од 1 kHz, однос на должноста на детекторот од околу 60%. Благодарение на внатрешното засилување на фотоструја на APD, брзиот одговор, компактната големина, издржливоста и ниската цена, APD фотодетекторите можат да бидат по ред по големина поголема во стапката на откривање од PIN фотодетекторите, така што актуелниот главен liDAR главно е доминиран од фотодетектори од лавина.

Севкупно, со брзиот развој на технологијата за подготовка на InGaAs дома и во странство, можеме вешто да ги користиме MBE, MOCVD, LPE и други технологии за да подготвиме висококвалитетен InGaAs епитаксијален слој со голема површина на InP подлогата. Фотодетекторите InGaAs покажуваат ниска темна струја и висока одзивност, најниската темна струја е помала од 0,75 pA/μm², максималната одзивност е до 0,57 A/W и има брз минлив одговор (ps редослед). Идниот развој на фотодетекторите InGaAs ќе се фокусира на следните два аспекта: (1) Епитаксијалниот слој InGaAs директно се одгледува на подлогата Si. Во моментов, повеќето од микроелектронските уреди на пазарот се базирани на Si, а последователниот интегриран развој на InGaAs и Si базирани е генералниот тренд. Решавањето на проблеми како што се неусогласеноста на решетките и разликата во коефициентот на термичка експанзија е од клучно значење за проучувањето на InGaAs/Si; (2) Технологијата со бранова должина од 1550 nm е зрела, а продолжената бранова должина (2,0 ~ 2,5) μm е идната насока за истражување. Со зголемувањето на In компонентите, неусогласеноста на решетката помеѓу подлогата InP и епитаксијалниот слој InGaAs ќе доведе до посериозни дислокации и дефекти, па затоа е неопходно да се оптимизираат параметрите на процесот на уредот, да се намалат дефектите на решетката и да се намали темната струја на уредот.