Resum: L'estructura bàsica i el principi de funcionament del fotodetector d'allaus (Fotodetector APD), s'analitza el procés d'evolució de l'estructura del dispositiu, es resumeix l'estat actual de la investigació i s'estudia prospectivament el desenvolupament futur de l'APD.
1. Introducció
Un fotodetector és un dispositiu que converteix els senyals lluminosos en senyals elèctrics. En afotodetector de semiconductors, el portador fotogenerat excitat pel fotó incident entra al circuit extern sota la tensió de polarització aplicada i forma un fotocorrent mesurable. Fins i tot amb la màxima resposta, un fotodíode PIN només pot produir un parell de parells d'electrons-forat com a màxim, que és un dispositiu sense guany intern. Per a una major capacitat de resposta, es pot utilitzar un fotodíode d'allau (APD). L'efecte d'amplificació de l'APD sobre el fotocorrent es basa en l'efecte de col·lisió d'ionització. En determinades condicions, els electrons i els forats accelerats poden obtenir prou energia per xocar amb la xarxa per produir un nou parell de parells electró-forat. Aquest procés és una reacció en cadena, de manera que el parell de parells d'electró-forat generat per l'absorció de llum pot produir un gran nombre de parells d'electró-forat i formar un gran fotocorrent secundari. Per tant, APD té una gran capacitat de resposta i guany intern, cosa que millora la relació senyal-soroll del dispositiu. L'APD s'utilitzarà principalment en sistemes de comunicació de fibra òptica de llarga distància o més petits amb altres limitacions a la potència òptica rebuda. Actualment, molts experts en dispositius òptics són molt optimistes sobre les perspectives de l'APD i creuen que la investigació de l'APD és necessària per millorar la competitivitat internacional dels camps relacionats.
2. Desenvolupament tècnic defotodetector d'allaus(fotodetector APD)
2.1 Materials
(1)Si fotodetector
La tecnologia de material Si és una tecnologia madura que s'utilitza àmpliament en el camp de la microelectrònica, però no és adequada per a la preparació de dispositius en el rang de longitud d'ona d'1,31 mm i 1,55 mm que s'accepta generalment en el camp de la comunicació òptica.
(2) Ge
Tot i que la resposta espectral de Ge APD és adequada per als requisits de baixa pèrdua i baixa dispersió en la transmissió de fibra òptica, hi ha grans dificultats en el procés de preparació. A més, la relació de velocitat d'ionització d'electrons i forats de Ge és propera a () 1, de manera que és difícil preparar dispositius APD d'alt rendiment.
(3)In0,53Ga0,47As/InP
És un mètode eficaç per seleccionar In0.53Ga0.47As com a capa d'absorció de llum d'APD i InP com a capa multiplicadora. El pic d'absorció del material In0.53Ga0.47As és d'1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm de longitud d'ona és d'uns 104 cm-1 d'alt coeficient d'absorció, que és el material preferit per a la capa d'absorció del detector de llum.
(4)Fotodetector InGaAs/Enfotodetector
En seleccionar InGaAsP com a capa absorbent de llum i InP com a capa multiplicadora, es pot preparar APD amb una longitud d'ona de resposta d'1-1,4 mm, alta eficiència quàntica, baix corrent fosc i gran guany d'allau. En seleccionar diferents components d'aliatge, s'aconsegueix el millor rendiment per a longituds d'ona específiques.
(5)InGaAs/InAlAs
El material In0.52Al0.48As té un interval de banda (1,47eV) i no absorbeix en el rang de longitud d'ona d'1,55 mm. Hi ha evidència que la capa epitaxial prima d'In0.52Al0.48As pot obtenir millors característiques de guany que l'InP com a capa multiplicadora en condicions d'injecció d'electrons pura.
(6)InGaAs/InGaAs (P)/InAlAs i InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
La taxa d'ionització d'impacte dels materials és un factor important que afecta el rendiment de l'APD. Els resultats mostren que la taxa d'ionització de col·lisió de la capa multiplicadora es pot millorar mitjançant la introducció d'estructures superreticles InGaAs (P) / InAlAs i In (Al) GaAs / InAlAs. Mitjançant l'ús de l'estructura de superrellaçada, l'enginyeria de bandes pot controlar artificialment la discontinuïtat de la banda asimètrica entre la banda de conducció i els valors de la banda de valència i assegurar-se que la discontinuïtat de la banda de conducció és molt més gran que la discontinuïtat de la banda de valència (ΔEc>>ΔEv). En comparació amb els materials a granel InGaAs, la taxa d'ionització d'electrons del pou quàntic InGaAs/InAlAs (a) augmenta significativament i els electrons i els forats guanyen energia addicional. A causa de ΔEc>>ΔEv, es pot esperar que l'energia guanyada pels electrons augmenti la taxa d'ionització d'electrons molt més que la contribució de l'energia del forat a la taxa d'ionització del forat (b). La proporció (k) de la taxa d'ionització d'electrons a la taxa d'ionització del forat augmenta. Per tant, es pot obtenir un producte d'amplada de banda d'alt guany (GBW) i un baix rendiment de soroll aplicant estructures de superreticular. Tanmateix, aquest APD d'estructura de pou quàntic InGaAs/InAlAs, que pot augmentar el valor k, és difícil d'aplicar als receptors òptics. Això es deu al fet que el factor multiplicador que afecta la màxima capacitat de resposta està limitat pel corrent fosc, no pel soroll multiplicador. En aquesta estructura, el corrent fosc és causat principalment per l'efecte de túnel de la capa de pou d'InGaAs amb una bretxa de banda estreta, de manera que la introducció d'un aliatge quaternari de buit de banda ampla, com InGaAsP o InAlGaAs, en lloc d'InGaAs com a capa de pou. de l'estructura del pou quàntic pot suprimir el corrent fosc.
Hora de publicació: 13-nov-2023