Struktuur vanInGaAs fotodetektor
Sedert die 1980's het navorsers tuis en in die buiteland die struktuur van InGaAs-fotodetektors bestudeer, wat hoofsaaklik in drie tipes verdeel word. Hulle is InGaAs metaal-Halfgeleier-metaal fotodetektor (MSM-PD), InGaAs PIN Fotodetektor (PIN-PD), en InGaAs Lawine Fotodetektor (APD-PD). Daar is beduidende verskille in die vervaardigingsproses en koste van InGaAs-fotodetektors met verskillende strukture, en daar is ook groot verskille in toestelprestasie.
Die InGaAs metaal-halfgeleier-metaalfotodetektor, getoon in Figuur (a), is 'n spesiale struktuur gebaseer op die Schottky-aansluiting. In 1992 het Shi et al. laedruk metaal-organiese dampfase-epitaksietegnologie (LP-MOVPE) gebruik om epitaksielae te kweek en 'n InGaAs MSM-fotodetektor voorberei, wat 'n hoë responsiwiteit van 0.42 A/W teen 'n golflengte van 1.3 μm en 'n donkerstroom laer as 5.6 pA/μm² teen 1.5 V het. In 1996 het zhang et al. gasfase molekulêre bundel-epitaksie (GSMBE) gebruik om die InAlAs-InGaAs-InP-epitaksielaag te kweek. Die InAlAs-laag het hoë weerstandseienskappe getoon, en die groeitoestande is geoptimaliseer deur X-straaldiffraksiemeting, sodat die roosterwanpassing tussen InGaAs- en InAlAs-lae binne die reeks van 1×10⁻³ was. Dit lei tot geoptimaliseerde toestelprestasie met donkerstroom onder 0.75 pA/μm² teen 10 V en 'n vinnige oorgangsreaksie tot 16 ps teen 5 V. Oor die algemeen is die MSM-struktuurfotodetektor eenvoudig en maklik om te integreer, wat 'n lae donkerstroom (pA-orde) toon, maar die metaalelektrode sal die effektiewe ligabsorpsie-area van die toestel verminder, dus is die reaksie laer as ander strukture.
Die InGaAs PIN-fotodetektor voeg 'n intrinsieke laag tussen die P-tipe kontaklaag en die N-tipe kontaklaag in, soos getoon in Figuur (b), wat die breedte van die uitputtingsgebied vergroot, waardeur meer elektron-gat-pare uitgestraal word en 'n groter fotostroom gevorm word, sodat dit uitstekende elektrongeleidingsprestasie het. In 2007 het A.Poloczek et al. MBE gebruik om 'n lae-temperatuur bufferlaag te kweek om die oppervlakruheid te verbeter en die roosterwanpassing tussen Si en InP te oorkom. MOCVD is gebruik om die InGaAs PIN-struktuur op die InP-substraat te integreer, en die responsiwiteit van die toestel was ongeveer 0.57A/W. In 2011 het die Leërnavorsingslaboratorium (ALR) PIN-fotodetektors gebruik om 'n liDAR-beelder te bestudeer vir navigasie, obstruksie-/botsingsvermyding en kortafstand-teikenopsporing/identifikasie vir klein onbemande grondvoertuie, geïntegreer met 'n laekoste-mikrogolfversterker-skyfie wat die sein-tot-geraas-verhouding van die InGaAs PIN-fotodetektor aansienlik verbeter het. Op grond hiervan het ALR in 2012 hierdie liDAR-beelder vir robotte gebruik, met 'n opsporingsbereik van meer as 50 m en 'n resolusie van 256 × 128.
Die InGaAssneeustorting fotodetektoris 'n soort fotodetektor met versterking, waarvan die struktuur in Figuur (c) getoon word. Die elektron-gat-paar verkry genoeg energie onder die werking van die elektriese veld binne die verdubbelingsgebied, om met die atoom te bots, nuwe elektron-gat-pare te genereer, 'n sneeustorting-effek te vorm en die nie-ewewigsdraers in die materiaal te vermenigvuldig. In 2013 het George M MBE gebruik om rooster-gepaarde InGaAs- en InAlAs-legerings op 'n InP-substraat te kweek, deur veranderinge in legeringsamestelling, epitaksiale laagdikte en dotering tot gemoduleerde draerenergie te gebruik om elektroskok-ionisasie te maksimeer terwyl gat-ionisasie geminimaliseer word. By die ekwivalente uitsetseinversterking toon APD laer geraas en laer donkerstroom. In 2016 het Sun Jianfeng et al. 'n stel 1570 nm laser-aktiewe beeldvormingseksperimentele platform gebou gebaseer op die InGaAs-sneeustorting-fotodetektor. Die interne stroombaan vanAPD-fotodetektorontvang eggo's en stuur digitale seine direk uit, wat die hele toestel kompak maak. Die eksperimentele resultate word in FIG. (d) en (e) getoon. Figuur (d) is 'n fisiese foto van die beeldteiken, en Figuur (e) is 'n driedimensionele afstandsbeeld. Dit kan duidelik gesien word dat die vensterarea van area c 'n sekere diepte-afstand met area A en b het. Die platform realiseer pulswydte van minder as 10 ns, enkelpulsenergie (1 ~ 3) mJ verstelbaar, ontvangslensveldhoek van 2°, herhalingsfrekwensie van 1 kHz, detektordiensverhouding van ongeveer 60%. Danksy APD se interne fotostroomwins, vinnige reaksie, kompakte grootte, duursaamheid en lae koste, kan APD-fotodetektors 'n orde van grootte hoër wees in deteksietempo as PIN-fotodetektors, dus word die huidige hoofstroom-liDAR hoofsaaklik oorheers deur sneeustortingfotodetektors.
Oor die algemeen, met die vinnige ontwikkeling van InGaAs-voorbereidingstegnologie tuis en in die buiteland, kan ons MBE, MOCVD, LPE en ander tegnologieë vaardig gebruik om grootskaalse, hoëgehalte InGaAs-epitaksiale laag op InP-substraat voor te berei. InGaAs-fotodetektors vertoon lae donkerstroom en hoë responsiwiteit, die laagste donkerstroom is laer as 0.75 pA/μm², die maksimum responsiwiteit is tot 0.57 A/W, en het 'n vinnige oorgangsrespons (ps-orde). Die toekomstige ontwikkeling van InGaAs-fotodetektors sal op die volgende twee aspekte fokus: (1) InGaAs-epitaksiale laag word direk op Si-substraat gekweek. Tans is die meeste mikro-elektroniese toestelle op die mark Si-gebaseer, en die daaropvolgende geïntegreerde ontwikkeling van InGaAs en Si-gebaseer is die algemene tendens. Die oplossing van probleme soos roosterwanpassing en termiese uitbreidingskoëffisiëntverskil is van kritieke belang vir die studie van InGaAs/Si; (2) Die 1550 nm-golflengtetegnologie is volwasse, en die verlengde golflengte (2.0 ~ 2.5) μm is die toekomstige navorsingsrigting. Met die toename van In-komponente sal die roosterwanverhouding tussen die InP-substraat en die InGaAs-epitaksiale laag lei tot meer ernstige ontwrigting en defekte, daarom is dit nodig om die toestelprosesparameters te optimaliseer, die roosterdefekte te verminder en die toestel se donkerstroom te verminder.
Plasingstyd: 6 Mei 2024