Strwythur ffotosynhwyrydd InGaAs

Strwythur oSynhwyrydd ffoto InGaA

Ers yr 1980au, mae ymchwilwyr gartref a thramor wedi astudio strwythur ffotodetectors InGaAs, sydd wedi'u rhannu'n bennaf yn dri math. Y rhain yw ffotosynhwyrydd ffoto-metel-lled-ddargludyddion-metel InGaAs (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), ac InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Mae gwahaniaethau sylweddol yn y broses saernïo a chost ffotodetectors InGaAs gyda gwahanol strwythurau, ac mae gwahaniaethau mawr hefyd ym mherfformiad dyfeisiau.

Yr InGaAs metel-lled-ddargludyddion-metelffotosynhwyrydd, a ddangosir yn Ffigur (a), yn strwythur arbennig yn seiliedig ar gyffordd Schottky. Yn 1992, Shi et al. defnyddio technoleg epitaxy cyfnod anwedd metel-organig pwysedd isel (LP-MOVPE) i dyfu haenau epitacsi a pharatoi ffotodetector MSM InGaAs, sydd ag ymatebolrwydd uchel o 0.42 A/W ar donfedd o 1.3 μm a cherrynt tywyll yn is na 5.6 pA/ μm² yn 1.5 V. Yn 1996, roedd zhang et al. defnyddio epitaxy pelydr moleciwlaidd cyfnod nwy (GSMBE) i dyfu haen epitaxy InAlAs-InGaAs-InP. Dangosodd haen InAlAs nodweddion gwrthedd uchel, a chafodd yr amodau twf eu hoptimeiddio trwy fesur diffreithiant pelydr-X, fel bod y diffyg cyfatebiaeth dellt rhwng haenau InGaAs ac InAlAs o fewn yr ystod o 1 × 10⁻³. Mae hyn yn arwain at berfformiad dyfais wedi'i optimeiddio gyda cherrynt tywyll o dan 0.75 pA / μm² ar 10 V ac ymateb cyflym dros dro hyd at 16 ps ar 5 V. Ar y cyfan, mae ffotodetector strwythur MSM yn syml ac yn hawdd i'w integreiddio, gan ddangos cerrynt tywyll isel (pA gorchymyn), ond bydd yr electrod metel yn lleihau ardal amsugno golau effeithiol y ddyfais, felly mae'r ymateb yn is na strwythurau eraill.

Mae ffotodetector PIN InGaAs yn mewnosod haen gynhenid ​​rhwng yr haen gyswllt P-math a'r haen gyswllt math N, fel y dangosir yn Ffigur (b), sy'n cynyddu lled y rhanbarth disbyddu, gan belydru mwy o barau twll electron a ffurfio a ffotocurrent mwy, felly mae ganddo berfformiad dargludiad electronau rhagorol. Yn 2007, A.Poloczek et al. defnyddio MBE i dyfu haen glustogi tymheredd isel i wella'r garwedd arwyneb a goresgyn y diffyg cyfatebiaeth dellt rhwng Si ac InP. Defnyddiwyd MOCVD i integreiddio strwythur PIN InGaAs ar y swbstrad InP, ac roedd ymatebolrwydd y ddyfais tua 0.57A / W. Yn 2011, defnyddiodd Labordy Ymchwil y Fyddin (ALR) ffotosynwyryddion PIN i astudio delweddwr LiDAR ar gyfer llywio, osgoi rhwystrau / gwrthdrawiadau, a chanfod / adnabod targedau amrediad byr ar gyfer cerbydau daear di-griw bach, wedi'u hintegreiddio â sglodyn mwyhadur microdon cost isel sy'n gwella'n sylweddol gymhareb signal-i-sŵn ffotosynhwyrydd PIN InGaAs. Ar y sail hon, yn 2012, defnyddiodd ALR y delweddwr liDAR hwn ar gyfer robotiaid, gydag ystod ganfod o fwy na 50 m a datrysiad o 256 × 128.

Yr InGaAsffotosynhwyrydd eirlithriadauyn fath o ffotosynhwyrydd gyda chynnydd, y dangosir ei strwythur yn Ffigur (c). Mae'r pâr twll electron yn cael digon o egni o dan weithred y maes trydan y tu mewn i'r rhanbarth dyblu, er mwyn gwrthdaro â'r atom, cynhyrchu parau electron-twll newydd, ffurfio effaith eirlithriad, a lluosi'r cludwyr nad ydynt yn ecwilibriwm yn y deunydd . Yn 2013, defnyddiodd George M MBE i dyfu aloion InGaAs ac InAlAs dellt wedi'u paru ar swbstrad InP, gan ddefnyddio newidiadau yng nghyfansoddiad aloi, trwch haen epitaxial, a dopio i egni cludwr wedi'i fodiwleiddio i wneud y mwyaf o ïoneiddiad electrosioc tra'n lleihau ïoneiddiad twll. Ar y cynnydd signal allbwn cyfatebol, mae APD yn dangos sŵn is a cherrynt tywyll is. Yn 2016, Sun Jianfeng et al. adeiladu set o blatfform arbrofol delweddu gweithredol laser 1570 nm yn seiliedig ar ffotodetector eirlithriad InGaAs. Mae cylched mewnol oSynhwyrydd ffoto APDderbyn adleisiau ac allbwn signalau digidol yn uniongyrchol, gan wneud y ddyfais gyfan yn gryno. Dangosir y canlyniadau arbrofol yn FIG. (d) ac (d). Mae Ffigur (d) yn llun ffisegol o'r targed delweddu, ac mae Ffigur (e) yn ddelwedd pellter tri dimensiwn. Gellir gweld yn glir bod gan ardal ffenestr ardal c bellter dyfnder penodol gydag arwynebedd A a b. Mae'r llwyfan yn sylweddoli lled pwls llai na 10 ns, ynni pwls sengl (1 ~ 3) mJ addasadwy, derbyn maes lens Angle o 2 °, amlder ailadrodd o 1 kHz, cymhareb dyletswydd synhwyrydd o tua 60%. Diolch i gynnydd ffotogyfrwng mewnol APD, ymateb cyflym, maint cryno, gwydnwch a chost isel, gall ffotosynwyryddion APD fod yn orchymyn maint uwch yn y gyfradd ganfod na ffotosynwyryddion PIN, felly mae'r LiDAR prif ffrwd presennol yn cael ei ddominyddu'n bennaf gan ffotosynwyryddion eirlithriad.

Ar y cyfan, gyda datblygiad cyflym technoleg paratoi InGaAs gartref a thramor, gallwn ddefnyddio MBE, MOCVD, LPE a thechnolegau eraill yn fedrus i baratoi haen epitaxial InGaAs o ansawdd uchel o ansawdd uchel ar swbstrad InP. Gan fod ffotosynwyryddion InGaA yn arddangos cerrynt tywyll isel ac ymatebolrwydd uchel, mae'r cerrynt tywyll isaf yn is na 0.75 pA / μm², yr ymatebolrwydd mwyaf yw hyd at 0.57 A/W, ac mae ganddo ymateb byrhoedlog cyflym (gorchymyn ps). Bydd datblygiad ffotosynwyryddion InGaAs yn y dyfodol yn canolbwyntio ar y ddwy agwedd ganlynol: (1) Mae haen epitaxial InGaAs yn cael ei dyfu'n uniongyrchol ar swbstrad Si. Ar hyn o bryd, mae'r rhan fwyaf o'r dyfeisiau microelectroneg yn y farchnad yn seiliedig ar Si, a datblygiad integredig dilynol InGaAs a Si yw'r duedd gyffredinol. Mae datrys problemau megis diffyg cyfatebiaeth dellt a gwahaniaeth cyfernod ehangu thermol yn hanfodol ar gyfer astudio InGaAs/Si; (2) Mae'r dechnoleg tonfedd 1550 nm wedi bod yn aeddfed, a'r donfedd estynedig (2.0 ~ 2.5) μm yw cyfeiriad ymchwil y dyfodol. Gyda'r cynnydd mewn cydrannau Mewn, bydd y diffyg cydweddu dellt rhwng swbstrad InP a haen epitaxial InGaAs yn arwain at ddadleoliad a diffygion mwy difrifol, felly mae angen gwneud y gorau o baramedrau proses y ddyfais, lleihau'r diffygion dellt, a lleihau cerrynt tywyll y ddyfais.