Prinsip dan Situasi Avalanche Photodetector (APD Photodetector) Bagian Dua

Prinsip dan situasi saat iniAvalanche Photodetector (APD Photodetector) Bagian dua

2.2 Struktur Chip APD
Struktur chip yang wajar adalah jaminan dasar perangkat kinerja tinggi. Desain struktural APD terutama menganggap waktu konstan waktu RC, penangkapan lubang di heterojunction, waktu transit pembawa melalui daerah penipisan dan sebagainya. Pengembangan strukturnya dirangkum di bawah ini:

(1) Struktur Dasar
Struktur APD paling sederhana didasarkan pada pin fotodioda, wilayah P dan wilayah N sangat didoping, dan daerah tipe-N atau tipe-P-ganda diperkenalkan di wilayah P yang berdekatan atau daerah N untuk menghasilkan elektron sekunder dan pasangan lubang, sehingga dapat mewujudkan amplifikasi fotoken primer. Untuk bahan seri INP, karena koefisien ionisasi dampak lubang lebih besar dari koefisien ionisasi dampak elektron, daerah penguatan doping tipe-N biasanya ditempatkan di wilayah P. Dalam situasi yang ideal, hanya lubang yang disuntikkan ke wilayah gain, sehingga struktur ini disebut struktur yang diinjeksi lubang.

(2) penyerapan dan gain dibedakan
Karena karakteristik celah pita yang luas dari INP (INP adalah 1,35EV dan INGAAS adalah 0,75EV), INP biasanya digunakan sebagai bahan zona gain dan INGAAS sebagai bahan zona penyerapan.

(3) Struktur penyerapan, gradien dan gain (sagm) masing -masing diusulkan
Saat ini, sebagian besar perangkat APD komersial menggunakan bahan INP/INGAAS, INGAAS sebagai lapisan penyerapan, INP di bawah medan listrik tinggi (> 5x105V/cm) tanpa kerusakan, dapat digunakan sebagai bahan zona gain. Untuk materi ini, desain APD ini adalah bahwa proses longsoran salju terbentuk dalam INP tipe-N oleh tabrakan lubang. Mempertimbangkan perbedaan besar dalam kesenjangan pita antara INP dan INGAA, perbedaan tingkat energi sekitar 0,4EV dalam pita valensi membuat lubang yang dihasilkan dalam lapisan penyerapan INGAAS terhambat pada tepi heterojungsi sebelum mencapai lapisan pengganda INP dan kecepatannya sangat berkurang, menghasilkan waktu respons yang lama dan bandwidth sempit ini. Masalah ini dapat diselesaikan dengan menambahkan lapisan transisi INGAASP antara kedua bahan.

(4) Struktur penyerapan, gradien, muatan dan penguatan (SAGCM) masing -masing diusulkan
Untuk lebih menyesuaikan distribusi medan listrik dari lapisan penyerapan dan lapisan gain, lapisan pengisian dimasukkan ke dalam desain perangkat, yang sangat meningkatkan kecepatan dan respon perangkat.

(5) Struktur SAGCM Resonator Enhanced (RCE)
Dalam desain detektor tradisional yang optimal di atas, kita harus menghadapi fakta bahwa ketebalan lapisan penyerapan merupakan faktor kontradiktif untuk kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum. Ketebalan tipis dari lapisan penyerap dapat mengurangi waktu transit pembawa, sehingga bandwidth besar dapat diperoleh. Namun, pada saat yang sama, untuk mendapatkan efisiensi kuantum yang lebih tinggi, lapisan penyerapan perlu memiliki ketebalan yang cukup. Solusi untuk masalah ini dapat berupa struktur rongga resonansi (RCE), yaitu, reflektor bragg terdistribusi (DBR) dirancang di bagian bawah dan atas perangkat. Cermin DBR terdiri dari dua jenis bahan dengan indeks bias rendah dan indeks bias yang tinggi dalam struktur, dan keduanya tumbuh secara bergantian, dan ketebalan masing -masing lapisan memenuhi panjang gelombang cahaya 1/4 di semikonduktor. Struktur resonator detektor dapat memenuhi persyaratan kecepatan, ketebalan lapisan penyerapan dapat dibuat sangat tipis, dan efisiensi kuantum elektron meningkat setelah beberapa refleksi.

(6) Struktur Waveguide yang dipasangkan tepi (WG-APD)
Solusi lain untuk menyelesaikan kontradiksi efek yang berbeda dari ketebalan lapisan penyerapan pada kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum adalah untuk memperkenalkan struktur pandu gelombang yang dipasangkan. Struktur ini memasuki cahaya dari samping, karena lapisan penyerapan sangat panjang, mudah untuk mendapatkan efisiensi kuantum yang tinggi, dan pada saat yang sama, lapisan penyerapan dapat dibuat sangat tipis, mengurangi waktu transit pembawa. Oleh karena itu, struktur ini memecahkan berbagai ketergantungan bandwidth dan efisiensi pada ketebalan lapisan penyerapan, dan diharapkan untuk mencapai laju tinggi dan efisiensi kuantum tinggi APD. Proses WG-APD lebih sederhana daripada RCE APD, yang menghilangkan proses persiapan rumit cermin DBR. Oleh karena itu, lebih layak di bidang praktis dan cocok untuk koneksi optik bidang umum.

3. Kesimpulan
Pengembangan longsoran saljuPhotodetectorBahan dan perangkat ditinjau. Tingkat ionisasi tabrakan elektron dan lubang dari bahan INP dekat dengan inalas, yang mengarah ke proses ganda dari dua simbi pembawa, yang membuat pembangunan longsoran lebih lama dan kebisingan meningkat. Dibandingkan dengan bahan inalas murni, INGAAS (P) /inalas dan In (Al) GaAs /Inalas Quantum Struktur sumur memiliki peningkatan rasio koefisien ionisasi tabrakan, sehingga kinerja kebisingan dapat sangat diubah. Dalam hal struktur, resonator ditingkatkan (RCE) struktur SAGCM dan struktur pandu gelombang yang dipasangkan tepi (WG-APD) dikembangkan untuk menyelesaikan kontradiksi efek yang berbeda dari ketebalan lapisan penyerapan pada kecepatan perangkat dan efisiensi kuantum. Karena kompleksitas proses, aplikasi praktis penuh dari kedua struktur ini perlu dieksplorasi lebih lanjut.