СтруктураInGaAs фотодетектор
З 1980-х років дослідники вивчають структуру фотодетекторів InGaAs, які можна розділити на три основні типи: метал InGaAs, напівпровідник, метал.фотодетектори(MSM-PD), InGaAsPIN-фотодетектори(PIN-PD) та InGaAsлавинні фотодетектори(APD-PD). Існують суттєві відмінності у виробничому процесі та вартості фотодетекторів InGaAs з різними структурами, а також суттєві відмінності в продуктивності пристроїв.
На рисунку показано принципову схему структури метало-напівпровідникового металевого фотодетектора InGaAs, яка являє собою спеціальну структуру на основі переходу Шотткі. У 1992 році Ши та ін. використали технологію низькотемпературної металоорганічної парофазної епітаксії (LP-MOVPE) для вирощування епітаксіальних шарів та приготування фотодетекторів InGaAs MSM. Пристрій має високу чутливість 0,42 А/Вт на довжині хвилі 1,3 мкм та темновий струм менше 5,6 пА/мкм² при 1,5 В. У 1996 році дослідники використали газофазну молекулярно-променеву епітаксію (GSMBE) для вирощування епітаксіальних шарів InAlAs InGaAs InP, які демонстрували високі характеристики питомого опору. Умови вирощування були оптимізовані за допомогою рентгенівських дифракційних вимірювань, що призвело до невідповідності кристалічних решіток між шарами InGaAs та InAlAs у межах 1 × 10⁻³. В результаті, продуктивність пристрою була оптимізована, з темновим струмом менше 0,75 пА/мкм² при 10 В та швидкою перехідною характеристикою 16 пс при 5 В. Загалом, фотодетектор на основі структури MSM має просту та легко інтегровану структуру, демонструючи нижчий темновий струм (рівень пА), але металевий електрод зменшує ефективну площу поглинання світла пристроєм, що призводить до нижчої чутливості порівняно з іншими структурами.
PIN-фотодетектор InGaAs має власний шар, вставлений між контактним шаром P-типу та контактним шаром N-типу, як показано на рисунку, що збільшує ширину області виснаження, тим самим випромінюючи більше електронно-діркових пар та формуючи більший фотострум, демонструючи таким чином чудову електронну провідність. У 2007 році дослідники використали MBE для вирощування низькотемпературних буферних шарів, покращуючи шорсткість поверхні та долаючи невідповідність кристалічних решіток між Si та InP. Вони інтегрували PIN-структури InGaAs на підкладки InP за допомогою MOCVD, і чутливість пристрою становила приблизно 0,57 А/Вт. У 2011 році дослідники використали PIN-фотодетектори для розробки ближнього лідарного пристрою візуалізації для навігації, уникнення перешкод/зіткнень та виявлення/розпізнавання цілей невеликими безпілотними наземними транспортними засобами. Пристрій був інтегрований з недорогим мікрохвильовим підсилювачем, що значно покращило співвідношення сигнал/шум PIN-фотодетекторів InGaAs. На цій основі у 2012 році дослідники застосували цей пристрій візуалізації LiDAR до роботів, з дальністю виявлення понад 50 метрів та роздільною здатністю, збільшеною до 256 × 128.
Лавинний фотодетектор InGaAs – це тип фотодетектора з коефіцієнтом посилення, як показано на структурній схемі. Електронно-діркові пари отримують достатню енергію під дією електричного поля всередині області подвоєння та стикаються з атомами, генеруючи нові електронно-діркові пари, утворюючи лавинний ефект та подвоюючи нерівноважні носії заряду в матеріалі. У 2013 році дослідники використали МПЕ для вирощування сплавів InGaAs та InAlAs з узгодженою ґраткою на підкладках InP, модулюючи енергію носіїв шляхом змін складу сплаву, товщини епітаксійного шару та легування, максимізуючи іонізацію електрошоком та мінімізуючи іонізацію дірок. При еквівалентному посиленні вихідного сигналу ЛФД демонструє низький рівень шуму та нижчий темновий струм. У 2016 році дослідники створили експериментальну платформу лазерної активної візуалізації 1570 нм на основі лавинних фотодетекторів InGaAs. Внутрішня схемаФотодетектор APDприймати відлуння та безпосередньо виводити цифрові сигнали, що робить весь пристрій компактним. Результати експериментів показано на рисунках (d) та (e). Рисунок (d) – це фізична фотографія цілі зображення, а Рисунок (e) – тривимірне зображення відстані. Чітко видно, що область вікна в зоні C має певну глибинну відстань від зон A та B. Ця платформа досягає тривалості імпульсу менше 10 нс, регульованої енергії одного імпульсу (1-3) мДж, кута поля зору 2° для передавальної та приймальної лінз, частоти повторення 1 кГц та робочого циклу детектора приблизно 60%. Завдяки внутрішньому посиленню фотоструму, швидкій реакції, компактним розмірам, довговічності та низькій вартості APD-фотодетектори можуть досягати коефіцієнта виявлення, який на порядок вищий, ніж у PIN-фотодетекторів. Тому наразі в основному лазерні радари використовують переважно лавинні фотодетектори.
Час публікації: 11 лютого 2026 р.