Структурата на фотодетекторот InGaAs

Структурата наФотодетектор InGaAs
Од 1980-тите, истражувачите ја проучуваат структурата на фотодетекторите InGaAs, која може да се сумира во три главни типа: InGaAs метал, полупроводнички металфотодетектори(MSM-PD), InGaAsПИН фотодетектори(PIN-PD) и InGaAsфотодетектори за лавини(APD-PD). Постојат значителни разлики во процесот на производство и цената на фотодетекторите InGaAs со различни структури, а постојат и значителни разлики во перформансите на уредот.
Шематскиот дијаграм на структурата на металниот фотодетектор InGaAs метален полупроводник е прикажан на сликата, која претставува посебна структура базирана на Шоткиев спој. Во 1992 година, Ши и сор. користеле технологија на органска парна фаза епитаксија со низок притисок (LP-MOVPE) за одгледување епитаксијални слоеви и подготовка на InGaAs MSM фотодетектори. Уредот има висок одзив од 0,42 A/W на бранова должина од 1,3 μ m и темна струја помала од 5,6 pA/μ m² на 1,5 V. Во 1996 година, истражувачите користеле гасно-фазна молекуларна зрачна епитаксија (GSMBE) за одгледување епитаксијални слоеви InAlAs InGaAs InP, кои покажувале карактеристики на висок отпор. Условите за раст биле оптимизирани преку мерења на дифракција на Х-зраци, што резултирало со несовпаѓање на решетката помеѓу слоевите InGaAs и InAlAs во опсег од 1 × 10 ⁻ ³. Како резултат на тоа, перформансите на уредот беа оптимизирани, со темна струја помала од 0,75 pA/μ m² на 10 V и брз преоден одзив од 16 ps на 5 V. Генерално, фотодетекторот со MSM структура има едноставна и лесна за интеграција структура, покажувајќи помала темна струја (ниво на pA), но металната електрода ја намалува ефективната област на апсорпција на светлина на уредот, што резултира со помала одзивност во споредба со другите структури.

Фотодетекторот InGaAs PIN има внатрешен слој вметнат помеѓу контактниот слој од P-тип и контактниот слој од N-тип, како што е прикажано на сликата, што ја зголемува ширината на регионот на осиромашување, со што зрачи повеќе парови на електронски дупки и формира поголема фотоструја, со што покажува одлична електронска спроводливост. Во 2007 година, истражувачите користеа MBE за да одгледуваат нискотемпературни тампон слоеви, подобрувајќи ја грубоста на површината и надминувајќи ја несовпаѓањето на решетката помеѓу Si и InP. Тие интегрираа InGaAs PIN структури на InP подлоги користејќи MOCVD, а одзивот на уредот беше приближно 0,57 A/W. Во 2011 година, истражувачите користеа PIN фотодетектори за да развијат LiDAR уред за снимање со краток домет за навигација, избегнување на пречки/судири и откривање/препознавање цели на мали беспилотни копнени возила. Уредот беше интегриран со чип за микробранови засилувачи со ниска цена, значително подобрувајќи го односот сигнал-шум на PIN фотодетекторите InGaAs. Врз основа на ова, во 2012 година, истражувачите го применија овој LiDAR уред за снимање на роботи, со опсег на детекција од над 50 метри и резолуција зголемена на 256 × 128.
Фотодетекторот за лавина од InGaAs е вид на фотодетектор со засилување, како што е прикажано на структурниот дијаграм. Паровите електронски дупки добиваат доволна енергија под дејство на електричното поле во рамките на удвојувачкиот регион и се судираат со атомите за да генерираат нови парови електронски дупки, формирајќи ефект на лавина и удвојувајќи ги нерамнотежните носители на полнеж во материјалот. Во 2013 година, истражувачите користеа MBE за да одгледуваат легури InGaAs и InAlAs со решеткаст склоп на InP подлоги, модулирајќи ја енергијата на носителот преку промени во составот на легурата, дебелината на епитаксијалниот слој и допирањето, максимизирајќи ја јонизацијата на електрошокот, а минимизирајќи ја јонизацијата на дупките. Под еквивалентно засилување на излезниот сигнал, APD покажува низок шум и помала темна струја. Во 2016 година, истражувачите конструираа експериментална платформа за активно ласерско снимање од 1570 nm базирана на фотодетектори за лавина од InGaAs. Внатрешното коло наAPD фотодетекторПримени еха и директно испраќаат дигитални сигнали, што го прави целиот уред компактен. Експерименталните резултати се прикажани на сликите (d) и (e). Слика (d) е физичка фотографија од целта за снимање, а Слика (e) е тродимензионална слика од далечина. Јасно може да се види дека областа на прозорецот во Зона C има одредено растојание од длабина од Зоните А и Б. Оваа платформа постигнува ширина на импулсот помала од 10 ns, прилагодлива енергија на еден импулс (1-3) mJ, агол на видно поле од 2 ° за предавателните и приемните леќи, стапка на повторување од 1 kHz и работен циклус на детекторот од приближно 60%. Благодарение на внатрешното засилување на фотострујата, брзиот одговор, компактната големина, издржливоста и ниската цена на APD, APD фотодетекторите можат да постигнат стапка на детекција што е еден ред на големина повисока од PIN фотодетекторите. Затоа, во моментов, мејнстрим ласерскиот радар главно користи фотодетектори за лавини.