El principi i la situació actual defotodetector d'allaus (Fotodetector APD) Segona part
2.2 Estructura del xip APD
Una estructura de xip raonable és la garantia bàsica dels dispositius d'alt rendiment. El disseny estructural d'APD considera principalment la constant de temps RC, la captura de forats a l'heterounió, el temps de trànsit del portador a través de la regió d'esgotament, etc. El desenvolupament de la seva estructura es resumeix a continuació:
(1) Estructura bàsica
L'estructura APD més senzilla es basa en el fotodíode PIN, la regió P i la regió N estan fortament dopades, i la regió doblement repel·lent de tipus N o tipus P s'introdueix a la regió P o regió N adjacent per generar electrons secundaris i forat. parells, per tal de realitzar l'amplificació del fotocorrent primari. Per als materials de la sèrie InP, com que el coeficient d'ionització d'impacte del forat és més gran que el coeficient d'ionització d'impacte d'electrons, la regió de guany del dopatge de tipus N se sol col·locar a la regió P. En una situació ideal, només s'injecten forats a la regió de guany, de manera que aquesta estructura s'anomena estructura injectada per forats.
(2) Es distingeixen absorció i guany
A causa de les característiques de banda ampla d'InP (InP és 1,35eV i InGaAs és 0,75eV), normalment s'utilitza InP com a material de zona de guany i InGaAs com a material de zona d'absorció.
(3) Es proposen les estructures d'absorció, gradient i guany (SAGM) respectivament
Actualment, la majoria dels dispositius comercials APD utilitzen material InP/InGaAs, InGaAs com a capa d'absorció, InP sota un camp elèctric elevat (> 5x105V/cm) sense trencament, es pot utilitzar com a material de zona de guany. Per a aquest material, el disseny d'aquest APD és que el procés d'allau es formi a l'InP de tipus N per la col·lisió de forats. Tenint en compte la gran diferència en la bretxa de banda entre InP i InGaAs, la diferència de nivell d'energia d'uns 0,4 eV a la banda de valència fa que els forats generats a la capa d'absorció d'InGaAs s'obstrueixin a la vora de l'heterounió abans d'arribar a la capa multiplicadora d'InP i la velocitat sigui molt important. reduït, el que resulta en un temps de resposta llarg i una amplada de banda estreta d'aquest APD. Aquest problema es pot resoldre afegint una capa de transició InGaAsP entre els dos materials.
(4) Es proposen les estructures d'absorció, gradient, càrrega i guany (SAGCM) respectivament
Per tal d'ajustar encara més la distribució del camp elèctric de la capa d'absorció i la capa de guany, la capa de càrrega s'introdueix al disseny del dispositiu, la qual cosa millora molt la velocitat i la capacitat de resposta del dispositiu.
(5) Estructura SAGCM millorada amb ressonador (RCE).
En el disseny òptim anterior dels detectors tradicionals, hem d'afrontar el fet que el gruix de la capa d'absorció és un factor contradictori per a la velocitat del dispositiu i l'eficiència quàntica. El gruix prim de la capa absorbent pot reduir el temps de trànsit del portador, de manera que es pot obtenir una amplada de banda gran. Tanmateix, al mateix temps, per obtenir una major eficiència quàntica, la capa d'absorció ha de tenir un gruix suficient. La solució a aquest problema pot ser l'estructura de la cavitat ressonant (RCE), és a dir, el reflector Bragg distribuït (DBR) està dissenyat a la part inferior i superior del dispositiu. El mirall DBR consta de dos tipus de materials amb un índex de refracció baix i un alt índex de refracció a l'estructura, i els dos creixen alternativament, i el gruix de cada capa compleix la longitud d'ona de la llum incident 1/4 al semiconductor. L'estructura del ressonador del detector pot complir els requisits de velocitat, el gruix de la capa d'absorció es pot fer molt prim i l'eficiència quàntica de l'electró augmenta després de diverses reflexions.
(6) Estructura de guia d'ona acoblada per vora (WG-APD)
Una altra solució per resoldre la contradicció dels diferents efectes del gruix de la capa d'absorció sobre la velocitat del dispositiu i l'eficiència quàntica és introduir una estructura de guia d'ona acoblada per vores. Aquesta estructura entra a la llum pel costat, perquè la capa d'absorció és molt llarga, és fàcil obtenir una alta eficiència quàntica i, al mateix temps, la capa d'absorció es pot fer molt prima, reduint el temps de trànsit del portador. Per tant, aquesta estructura soluciona la diferent dependència de l'amplada de banda i l'eficiència del gruix de la capa d'absorció, i s'espera que aconsegueixi una APD d'alta velocitat i eficiència quàntica. El procés de WG-APD és més senzill que el de RCE APD, la qual cosa elimina el complicat procés de preparació del mirall DBR. Per tant, és més factible en el camp pràctic i adequat per a la connexió òptica del pla comú.
3. Conclusió
El desenvolupament de l'allaufotodetectorEs revisen els materials i els dispositius. Les taxes d'ionització de col·lisió d'electrons i forats dels materials InP són properes a les d'InAlAs, la qual cosa condueix al doble procés dels dos simbions portadors, cosa que fa que el temps de construcció de l'allau sigui més llarg i el soroll augmentat. En comparació amb els materials InAlAs purs, les estructures de pou quàntic InGaAs (P) / InAlAs i In (Al) GaAs / InAlAs tenen una proporció més gran dels coeficients d'ionització de col·lisió, de manera que el rendiment del soroll es pot canviar molt. Pel que fa a l'estructura, l'estructura SAGCM millorada per ressonador (RCE) i l'estructura de guia d'ona acoblada per vores (WG-APD) es desenvolupen per resoldre les contradiccions dels diferents efectes del gruix de la capa d'absorció sobre la velocitat del dispositiu i l'eficiència quàntica. A causa de la complexitat del procés, cal aprofundir en l'aplicació pràctica completa d'aquestes dues estructures.
Hora de publicació: 14-nov-2023