Struttura di u fotodetettore InGaAs

Struttura diFotodetettore InGaAs

Dapoi l'anni 1980, i circadori in casa è in l'esteru anu studiatu a struttura di i photodetectors InGaAs, chì sò principarmenti divisu in trè tippi. Sò InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD) è InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Ci sò differenzi significati in u prucessu di fabricazione è u costu di i fotodetettori InGaAs cù strutture diverse, è ci sò ancu grandi differenze in u rendiment di u dispusitivu.

L'InGaAs metal-semiconductor-metallfotodetettore, mostra in Figura (a), hè una struttura speciale basatu annantu à a junction Schottky. In u 1992, Shi et al. Adupratu a tecnulugia di epitassi in fase di vapore organico-metallo a bassa pressione (LP-MOVPE) per crescere strati di epitassi e preparato un fotodetector InGaAs MSM, chì hà una alta reattività di 0,42 A / W à una lunghezza d'onda di 1,3 μm è una corrente scura più bassa di 5,6 pA / μm² à 1,5 V. In 1996, Zhang et al. hà utilizatu l'epitassi di fasciu moleculare in fase di gas (GSMBE) per cresce u stratu di epitassi InAlAs-InGaAs-InP. A strata InAlAs dimustrava caratteristiche di resistività elevate, è e cundizioni di crescita sò stati ottimizzati da a misurazione di diffrazione di raghji X, cusì chì a discordanza di u reticulatu trà i strati InGaAs è InAlAs era in u range di 1 × 10⁻³. Questu risultatu in un rendimentu ottimizatu di u dispositivu cù un currente scuru sottu à 0,75 pA / μm² à 10 V è una risposta transitoria rapida finu à 16 ps à 5 V. In generale, u fotodetettore di struttura MSM hè simplice è faciule d'integrazione, chì mostra una bassa corrente scura (pA). ordine), ma l'elettrodu di metallu riducerà l'area di assorbimentu di luce efficace di u dispusitivu, cusì a risposta hè più bassa di altre strutture.

U fotodetettore PIN InGaAs inserisce una strata intrinseca trà a strata di cuntattu di u tipu P è a strata di cuntattu di u tipu N, cum'è mostra in a Figura (b), chì aumenta a larghezza di a regione di depletion, cusì irradiendu più coppie elettroni è furmendu un fotocorrente più grande, cusì hà un rendimentu eccellente di cunduzzione di l'elettroni. In u 2007, A.Poloczek et al. utilizatu MBE per cultivà una strata di buffer di bassa temperatura per migliurà a rugosità di a superficia è superà a discordanza di lattice trà Si è InP. MOCVD hè stata utilizata per integrà a struttura PIN InGaAs nantu à u sustrato InP, è a risposta di u dispusitivu era di circa 0.57A / W. In u 2011, u Laboratoriu di Ricerca di l'Armata (ALR) hà utilizatu fotodetettori PIN per studià un imager liDAR per a navigazione, l'evitazione di ostaculi / collisioni, è a rilevazione / identificazione di mira à corta distanza per i veiculi di terra senza pilota, integrati cù un chip amplificatore di microonde à pocu costu chì hà migliuratu significativamente u rapportu signal-à-rumore di u fotodetector PIN InGaAs. In questa basa, in u 2012, ALR hà utilizatu stu liDAR imager per i robots, cù una gamma di rilevazione di più di 50 m è una risoluzione di 256 × 128.

L'InGaAsfotodetettore di valangahè un tipu di fotodetettore cù guadagnu, a struttura di quale hè mostrata in Figura (c). U coppiu di l'elettroni-buchi ottene abbastanza energia sottu à l'azzione di u campu elettricu in a regione di radduppiamentu, in modu di scontru cù l'atomu, generà novi coppie elettroni-buchi, formanu un effettu avalanche, è multiplica i trasportatori non-equilibriu in u materiale. . In u 2013, George M hà utilizatu MBE per cultivà lattice matched InGaAs è InAlAs aleaghji nantu à un sustrato InP, utilizendu cambiamenti in a cumpusizioni di a lega, u spessore di a capa epitassiale, è u doping à l'energia di trasportatore modulata per maximizà l'ionizazione di l'elettroshock minimizendu l'ionizazione di i buchi. À u guadagnu di signale di output equivalente, APD mostra un rumore più bassu è un currente scuru più bassu. In 2016, Sun Jianfeng et al. hà custruitu un inseme di 1570 nm di piattaforma sperimentale di imaging attivu laser basatu annantu à u fotodetettore di avalanche InGaAs. U circuitu internu diFotodetettore APDricivutu echi è direttamente i segnali digitale, facennu tuttu u dispusitivu compactu. I risultati sperimentali sò mostrati in FIG. (d) è (e). Figura (d) hè una foto fisica di u mira di l'imaghjini, è Figura (e) hè una maghjina di distanza tridimensionale. Pò esse chjaramente vistu chì l'area di a finestra di l'area c hà una certa distanza di prufundità cù l'area A è b. A piattaforma rializeghja larghezza di impulsu menu di 10 ns, energia di impulsu unicu (1 ~ 3) mJ regulable, riceve u campu di lente Angle di 2 °, frequenza di ripetizione di 1 kHz, rapportu di duty detector di circa 60%. Grazie à u guadagnu di fotocorrente internu di l'APD, a risposta rapida, a dimensione compatta, a durabilità è u prezzu bassu, i fotodetettori APD ponu esse un ordine di grandezza più altu in a rata di rilevazione di i fotodetettori PIN, cusì u liDAR mainstream attuale hè principalmente duminatu da i fotodetettori di avalanche.

In generale, cù u rapidu sviluppu di a tecnulugia di preparazione InGaAs in casa è à l'esteru, pudemu usà sapientemente MBE, MOCVD, LPE è altre tecnulugii per preparà una strata epitaxial InGaAs d'alta qualità di grande superficie nantu à sustrato InP. I fotodetettori InGaAs mostranu una bassa corrente scura è una alta reattività, a più bassa corrente scura hè più bassa di 0.75 pA / μm², a risposta massima hè finu à 0.57 A / W, è hà una risposta transitoria rapida (ps order). U futuru sviluppu di i fotodetettori InGaAs si focalizeghja nantu à i seguenti dui aspetti: (1) U stratu epitaxial InGaAs hè cultivatu direttamente nantu à u sustrato Si. Attualmente, a maiò parte di i dispositi microelettronici in u mercatu sò basati in Si, è u sviluppu integratu sussegwenti di InGaAs è basati in Si hè a tendenza generale. A suluzione di prublemi cum'è a manca di lattice è a differenza di coefficient di espansione termale hè cruciale per u studiu di InGaAs / Si; (2) A tecnulugia di lunghezza d'onda 1550 nm hè stata matura, è a lunghezza d'onda estesa (2.0 ~ 2.5) μm hè a direzzione futura di ricerca. Cù l'aumentu di In cumpunenti, u lattice discordanza trà u sustrato InP è u stratu epitaxial InGaAs hà da purtà à dislocation più seriu è difetti, cusì hè necessariu di ottimisà i paràmetri di prucessu di u dispusitivu, riduce i difetti di lattice, è riduce u currente scuru di u dispusitivu.