Struktur fotodetektor INGAAS

StrukturIngaas Photodetector

Sejak 1980 -an, para peneliti di rumah dan di luar negeri telah mempelajari struktur fotodetektor INGAAS, yang terutama dibagi menjadi tiga jenis. Mereka adalah fotodetektor logam-semikonduktor-logam (MSM-PD), fotodetektor pin InGAAS (PIN-PD), dan Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). Ada perbedaan yang signifikan dalam proses fabrikasi dan biaya fotodetektor INGAAS dengan struktur yang berbeda, dan ada juga perbedaan besar dalam kinerja perangkat.

The InGaas Metal-Semiconductor-MetalPhotodetector, ditunjukkan pada Gambar (a), adalah struktur khusus berdasarkan persimpangan Schottky. Pada tahun 1992, Shi et al. Digunakan Teknologi Epitaxy Fase Logam-Organ-Organik Tekanan Rendah (LP-MOVPE) untuk menumbuhkan lapisan epitaxy dan menyiapkan fotodetektor MSM INGAAS, yang memiliki responsif tinggi 0,42 A/ W pada panjang gelombang 1,3 μm dan arus gelap lebih rendah dari 5,6 pa/ μm² pada 1,5 V. pada tahun 199, Zhang Et. Digunakan Fase Gas Fase Molecular Beam Epitaxy (GSMBE) untuk menumbuhkan lapisan epitaxy inalas-ingaas-INP. Lapisan Inalas menunjukkan karakteristik resistivitas yang tinggi, dan kondisi pertumbuhan dioptimalkan dengan pengukuran difraksi sinar-X, sehingga ketidakcocokan kisi antara InGaaS dan lapisan inalas berada dalam kisaran 1 × 10⁻³. Ini menghasilkan kinerja perangkat yang dioptimalkan dengan arus gelap di bawah 0,75 pa/μm² pada 10 V dan respons transien cepat hingga 16 PS pada 5 V. Secara keseluruhan, fotodetektor struktur MSM sederhana dan mudah diintegrasikan, menunjukkan arus gelap rendah (pesanan PA), tetapi elektroda logam akan mengurangi area penyerapan cahaya yang efektif dari perangkat, sehingga responsnya lebih rendah dari struktur lainnya.

Fotodetektor pin INGAAS menyisipkan lapisan intrinsik antara lapisan kontak tipe-p dan lapisan kontak tipe-N, seperti yang ditunjukkan pada gambar (b), yang meningkatkan lebar daerah penipisan, sehingga memancarkan lebih banyak pasangan lubang elektron dan membentuk photocurrent yang lebih besar, sehingga memiliki kinerja konduksi elektron yang sangat baik. Pada tahun 2007, A.Poloczek et al. Bekas MBE untuk menumbuhkan lapisan buffer suhu rendah untuk meningkatkan kekasaran permukaan dan mengatasi ketidakcocokan kisi antara Si dan INP. MOCVD digunakan untuk mengintegrasikan struktur pin INGAAS pada substrat INP, dan responsif perangkat sekitar 0,57A /W. Pada tahun 2011, Laboratorium Penelitian Angkatan Darat (ALR) menggunakan fotodetektor PIN untuk mempelajari imajer lidar untuk navigasi, penghindaran hambatan/tabrakan, dan deteksi target jarak pendek/identifikasi untuk kendaraan darat tak berawak kecil, diintegrasikan dengan chip penguat microwave yang berbiaya rendah yang secara signifikan meningkatkan rasio sinyal-ke-noise dari InGaas pinodet. Atas dasar ini, pada tahun 2012, ALR menggunakan imager lidar ini untuk robot, dengan rentang deteksi lebih dari 50 m dan resolusi 256 × 128.

IngaasAvalanche Photodetectoradalah semacam fotodetektor dengan gain, struktur yang ditunjukkan pada gambar (c). Pasangan lubang elektron memperoleh energi yang cukup di bawah aksi medan listrik di dalam daerah penggandaan, sehingga bertabrakan dengan atom, menghasilkan pasangan lubang elektron baru, membentuk efek longsoran salju, dan melipatgandakan pembawa non-kesetimbangan dalam material. Pada tahun 2013, George M menggunakan MBE untuk menumbuhkan kisi -kisi InGaas dan paduan inalas pada substrat INP, menggunakan perubahan komposisi paduan, ketebalan lapisan epitaxial, dan doping untuk memodulasi energi pembawa untuk memaksimalkan ionisasi elektroskoint saat meminimalkan ionisasi lubang. Pada gain sinyal output yang setara, APD menunjukkan noise yang lebih rendah dan arus gelap yang lebih rendah. Pada 2016, Sun Jianfeng et al. Membangun satu set platform eksperimental pencitraan aktif laser 1570 nm berdasarkan fotodetektor longsor INGAAS. Sirkuit internalAPD PhotodetectorMenerima gema dan secara langsung mengeluarkan sinyal digital, membuat seluruh perangkat ringkas. Hasil eksperimen ditunjukkan pada Gambar. (d) dan (e). Gambar (D) adalah foto fisik dari target pencitraan, dan gambar (E) adalah gambar jarak tiga dimensi. Dapat dilihat dengan jelas bahwa area jendela area C memiliki jarak kedalaman tertentu dengan area A dan B. Platform ini mewujudkan lebar pulsa kurang dari 10 ns, energi pulsa tunggal (1 ~ 3) MJ yang dapat disesuaikan, menerima sudut bidang lensa 2 °, frekuensi pengulangan 1 kHz, rasio tugas detektor sekitar 60%. Berkat gain fotokurrent internal APD, respons cepat, ukuran kompak, daya tahan dan biaya rendah, fotodetektor APD dapat menjadi urutan besarnya laju deteksi yang lebih tinggi daripada fotodetektor pin, sehingga lidar arus utama saat ini terutama didominasi oleh fotodetektor longsor.

Secara keseluruhan, dengan perkembangan cepat teknologi persiapan INGAAS di rumah dan di luar negeri, kami dapat dengan terampil menggunakan MBE, MOCVD, LPE dan teknologi lainnya untuk menyiapkan lapisan epitaas ikat yang berkualitas tinggi pada substrat INP. Ingaas fotodetektor menunjukkan arus gelap rendah dan responsif tinggi, arus gelap terendah lebih rendah dari 0,75 pa/μm², respon maksimum mencapai 0,57 A/W, dan memiliki respons sementara yang cepat (urutan PS). Pengembangan fotodetektor INGAAS di masa depan akan fokus pada dua aspek berikut: (1) lapisan epitaxial INGAAS secara langsung ditanam pada substrat Si. Saat ini, sebagian besar perangkat mikroelektronik di pasaran berbasis Si, dan pengembangan terintegrasi INGAA dan SI berikutnya adalah tren umum. Memecahkan masalah seperti ketidakcocokan kisi dan perbedaan koefisien ekspansi termal sangat penting untuk studi INGAAS/SI; (2) Teknologi panjang gelombang 1550 nm telah matang, dan panjang gelombang yang diperluas (2.0 ~ 2.5) μm adalah arah penelitian di masa depan. Dengan peningkatan komponen, ketidakcocokan kisi antara substrat INP dan lapisan epitaxial INGAA akan menyebabkan dislokasi dan cacat yang lebih serius, sehingga perlu untuk mengoptimalkan parameter proses perangkat, mengurangi cacat kisi, dan mengurangi arus gelap perangkat.