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 Avalanche Photodetector (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. het laedruk metaal-organiese dampfase-epitaksie-tegnologie (LP-MOVPE) gebruik om epitaksielae te laat groei en InGaAs MSM-fotodetektor voorberei, wat 'n hoë responsiwiteit van 0.42 A/W het by 'n golflengte van 1.3 μm en 'n donkerstroom laer as 5.6 pA/ μm² by 1,5 V. In 1996 het zhang et al. gebruik gasfase molekulêre bundel epitaksie (GSMBE) om die InAlAs-InGaAs-InP epitaksie laag te laat groei. Die InAlAs-laag het hoë weerstandseienskappe getoon, en die groeitoestande is geoptimaliseer deur X-straaldiffraksiemeting, sodat die roostermispassing tussen InGaAs en InAlAs-lae binne die reeks van 1×10⁻³ was. Dit lei tot geoptimaliseerde toestelwerkverrigting met donkerstroom onder 0,75 pA/μm² by 10 V en vinnige verbygaande reaksie tot 16 ps by 5 V. Oor die algemeen is die MSM-struktuurfotodetektor eenvoudig en maklik om te integreer, en toon lae donkerstroom (pA) orde), maar die metaalelektrode sal die effektiewe ligabsorpsie-area van die toestel verminder, dus is die reaksie laer as ander strukture.
Die InGaAs PIN-fotodetektor plaas 'n intrinsieke laag tussen die P-tipe kontaklaag en die N-tipe kontaklaag, soos getoon in Figuur (b), wat die wydte van die uitputtinggebied vergroot, en sodoende meer elektron-gat pare uitstraal en 'n groter fotostroom, dus het dit uitstekende elektrongeleidingsprestasie. In 2007 het A.Poloczek et al. MBE gebruik om 'n lae-temperatuur bufferlaag te laat groei om die oppervlakruwheid te verbeter en die rooster-wanverhouding tussen Si en InP te oorkom. MOCVD is gebruik om InGaAs PIN-struktuur op die InP-substraat te integreer, en die reaksie van die toestel was ongeveer 0.57A /W. In 2011 het die Army Research Laboratory (ALR) PIN-fotodetektors gebruik om 'n liDAR-beelder vir navigasie, hindernis-/botsingsvermyding en kortafstand-teikenopsporing/-identifikasie vir klein onbemande grondvoertuie te bestudeer, geïntegreer met 'n laekoste-mikrogolfversterkerskyfie wat het die sein-tot-geraas-verhouding van die InGaAs PIN-fotodetektor aansienlik verbeter. Op hierdie grondslag het ALR in 2012 hierdie liDAR-beeldvormer vir robotte gebruik, met 'n opsporingsreeks van meer as 50 m en 'n resolusie van 256 × 128.
Die InGaAsstortvloed 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 verdubbelinggebied, om met die atoom te bots, nuwe elektron-gat-pare te genereer, 'n stortvloed-effek te vorm en die nie-ewewig draers in die materiaal te vermenigvuldig. . In 2013 het George M MBE gebruik om InGaAs- en InAlAs-legerings wat ooreenstem met roosters op 'n InP-substraat te laat groei, deur veranderinge in legeringssamestelling, epitaksiale laagdikte en doping tot gemoduleerde draerenergie te gebruik om elektroskokionisasie te maksimeer terwyl gationisasie tot die minimum beperk word. By die ekwivalente uitsetseinversterking toon APD laer geraas en laer donkerstroom. In 2016 het Sun Jianfeng et al. 'n stel van 1570 nm laser aktiewe beelding eksperimentele platform gebou gebaseer op die InGaAs stortvloed 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). Figuur (d) is 'n fisiese foto van die beeldteiken, en Figuur (e) is 'n driedimensionele afstandbeeld. Dit kan duidelik gesien word dat die vensterarea van area c 'n sekere diepteafstand met area A en b het. Die platform realiseer polswydte minder as 10 ns, enkelpulsenergie (1 ~ 3) mJ verstelbaar, ontvanglensveldhoek van 2°, herhalingsfrekwensie van 1 kHz, detektordiensverhouding van ongeveer 60%. Danksy APD se interne fotostroomaanwins, vinnige reaksie, kompakte grootte, duursaamheid en lae koste, kan APD-fotodetektors 'n orde van grootte hoër in opsporingstempo wees as PIN-fotodetektors, dus word die huidige hoofstroom-liDAR hoofsaaklik oorheers deur lawine-fotodetektors.
In die algemeen, met die vinnige ontwikkeling van InGaAs-voorbereidingstegnologie by die huis en in die buiteland, kan ons MBE, MOCVD, LPE en ander tegnologieë bekwaam gebruik om groot-area hoë kwaliteit 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 verbygaande reaksie (ps-volgorde). Die toekomstige ontwikkeling van InGaAs-fotodetektors sal op die volgende twee aspekte fokus: (1) InGaAs-epitaksiale laag word direk op Si-substraat gegroei. Tans is die meeste van die mikro-elektroniese toestelle in die mark op Si gebaseer, en die daaropvolgende geïntegreerde ontwikkeling van InGaAs en Si gebaseer is die algemene neiging. Die oplossing van probleme soos roostermispassing en termiese uitsettingskoëffisiëntverskil is van kardinale belang vir die studie van InGaAs/Si; (2) Die 1550 nm golflengte tegnologie is volwasse, en die verlengde golflengte (2.0 ~ 2.5) μm is die toekomstige navorsingsrigting. Met die toename van In-komponente sal die rooster-wanverhouding tussen InP-substraat en InGaAs-epitaksiale laag lei tot meer ernstige ontwrigting en defekte, dus is dit nodig om die toestelprosesparameters te optimaliseer, die roosterdefekte te verminder en die toestel se donkerstroom te verminder.
Postyd: Mei-06-2024