Анотація: Основна структура та принцип роботи лавинного фотодетектора (Фотодетектор APD), проаналізовано процес еволюції структури пристрою, підсумовано поточний стан досліджень та досліджено майбутній розвиток АПД.
1. Вступ
Фотодетектор — це пристрій, який перетворює світлові сигнали на електричні сигнали. Унапівпровідниковий фотодетекторФотогенерований носій, збуджений падаючим фотоном, потрапляє у зовнішнє коло під дією прикладеної напруги зміщення та формує вимірюваний фотострум. Навіть за максимальної чутливості PIN-фотодіод може створювати щонайбільше пару електронно-діркових пар, що є пристроєм без внутрішнього посилення. Для більшої чутливості можна використовувати лавинний фотодіод (ЛФД). Ефект посилення фотоструму ЛФД базується на ефекті іонізаційного зіткнення. За певних умов прискорені електрони та дірки можуть отримати достатньо енергії для зіткнення з ґраткою, утворюючи нову пару електронно-діркових пар. Цей процес є ланцюговою реакцією, тому пара електронно-діркових пар, що генерується поглинанням світла, може створювати велику кількість електронно-діркових пар та формувати великий вторинний фотострум. Таким чином, ЛФД має високу чутливість та внутрішній коефіцієнт посилення, що покращує співвідношення сигнал/шум пристрою. ЛФД в основному використовуватиметься в системах оптичного зв'язку на великі відстані або менші розміри з іншими обмеженнями на прийняту оптичну потужність. Наразі багато експертів з оптичних приладів дуже оптимістично налаштовані щодо перспектив ламінованого фотодіодисперсійного процесу (ЛАП) та вважають, що дослідження ЛПП необхідні для підвищення міжнародної конкурентоспроможності суміжних галузей.
2. Технічний розвитоклавинний фотодетектор(Фотодетектор APD)
2.1 Матеріали
(1)Si фотодетектор
Технологія кремнієвих матеріалів – це зріла технологія, яка широко використовується в галузі мікроелектроніки, але вона не підходить для виготовлення пристроїв у діапазоні довжин хвиль 1,31 мм та 1,55 мм, які загальноприйняті в галузі оптичного зв'язку.
(2)Ге
Хоча спектральна характеристика Ge APD відповідає вимогам низьких втрат та низької дисперсії при передачі через оптичне волокно, існують значні труднощі в процесі приготування. Крім того, співвідношення швидкостей іонізації електронів та дірок Ge близьке до ()1, тому важко підготувати високопродуктивні пристрої APD.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
Ефективним методом є вибір In0.53Ga0.47As як шару поглинання світла APD та InP як шару помноження. Пік поглинання матеріалу In0.53Ga0.47As становить 1,65 мкм, 1,31 мкм та 1,55 мкм з високим коефіцієнтом поглинання близько 104 см-1, що наразі є кращим матеріалом для шару поглинання світлового детектора.
(4)InGaAs фотодетектор/Вфотодетектор
Вибравши InGaAsP як шар, що поглинає світло, та InP як шар, що помножує, можна створити лавінний фотодіодіодний фотодіод (ЛАФ) з довжиною хвилі відгуку 1-1,4 мм, високою квантовою ефективністю, низьким темновим струмом та високим лавинним коефіцієнтом посилення. Вибираючи різні компоненти сплаву, досягається найкраща продуктивність для певних довжин хвиль.
(5)InGaAs/InAlAs
Матеріал In0.52Al0.48As має ширину забороненої зони (1.47 еВ) і не поглинає в діапазоні довжин хвиль 1.55 мкм. Існують дані, що тонкий епітаксіальний шар In0.52Al0.48As може отримати кращі характеристики посилення, ніж InP, як шар мультиплікатора за умови чистої інжекції електронів.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs та InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Швидкість ударної іонізації матеріалів є важливим фактором, що впливає на продуктивність лазерного фотодіода (ЛФД). Результати показують, що швидкість зіткнювальної іонізації шару помножувача можна покращити, ввівши надґраткові структури InGaAs (P) /InAlAs та In (Al) GaAs/InAlAs. Використовуючи надґраткову структуру, зонна інженерія може штучно контролювати асиметричний розрив краю зони між значеннями зони провідності та валентної зони, а також забезпечити, щоб розрив зони провідності був значно більшим за розрив валентної зони (ΔEc>>ΔEv). Порівняно з об'ємними матеріалами InGaAs, швидкість квантової ямної іонізації електронів InGaAs/InAlAs (a) значно збільшується, а електрони та дірки отримують додаткову енергію. Через ΔEc>>ΔEv можна очікувати, що енергія, отримана електронами, значно збільшує швидкість іонізації електронів, ніж внесок енергії дірок у швидкість іонізації дірок (b). Відношення (k) швидкості іонізації електронів до швидкості іонізації дірок збільшується. Отже, застосування надґраткових структур дозволяє отримати високий коефіцієнт посилення-ширина смуги пропускання (GBW) та низький рівень шуму. Однак, цей лазерний фотодіода ...
Час публікації: 13 листопада 2023 р.