Estructura del fotodetector Ingaas

Estructura deFotodetector Ingaas

Des de la dècada de 1980, els investigadors a casa i a l'estranger han estudiat l'estructura dels fotodetectors Ingaas, que es divideixen principalment en tres tipus. Són fotodetector de metall-semiconductor-metall (MSM-PD), fotodetector PIN INGAAS (PIN-PD) i fotodetector d'Avalanche Ingaas (APD-PD). Hi ha diferències significatives en el procés de fabricació i el cost dels fotodetectors Ingaas amb diferents estructures, i també hi ha grans diferències en el rendiment del dispositiu.

El metall metall Ingaas-metallfotodetector, que es mostra a la figura (a), és una estructura especial basada en la unió de Schottky. El 1992, Shi et al. va utilitzar la tecnologia epitaxi de fase de vapor orgànica de metall de baixa pressió (LP-MOVPE) per fer créixer capes d’epitaxies i preparar el fotodetector MSM MSM, que té una alta resposta de 0,42 A/ W a una longitud d’ona d’1,3 μm i un corrent fosc inferior a 5,6 PA/ μm² a 1,5 V. el 1996, Zhang et al. Epitaxi de feix molecular de fase gasosa (GSMBE) per fer créixer la capa d'epitaxies inAlas-singaas-inp. La capa d’Inalas mostrava característiques de resistivitat elevades i les condicions de creixement es van optimitzar mitjançant la mesura de la difracció de raigs X, de manera que el desajust de gelosia entre les capes InGaAs i Inalas es trobava dins del rang d’1 × 10⁻³. D’aquesta manera es produeix un rendiment del dispositiu optimitzat amb corrent fosc per sota de 0,75 pa/μm² a 10 V i una resposta transitòria ràpida de fins a 16 ps a 5 V. En conjunt, l’estructura MSM Fotodetector és senzilla i fàcil d’integrar, mostrant un corrent fosc baix (ordre de PA), però l’elèctrode metàl·lic reduirà l’àrea d’absorció de llum efectiva del dispositiu, de manera que la resposta és inferior a altres estructures.

El fotodetector PIN InGaas insereix una capa intrínseca entre la capa de contacte del tipus P i la capa de contacte de tipus N, com es mostra a la figura (b), que augmenta l'amplada de la regió d'esgotament, irradiant més parells de forats d'electrons i formant un fotocurrent més gran, de manera que té un excel·lent rendiment de conducció d'electrons. El 2007, A.Poloczek et al. Va utilitzar MBE per créixer una capa tampó a baixa temperatura per millorar la rugositat superficial i superar el desajust de gelosia entre SI i INP. MOCVD es va utilitzar per integrar l'estructura de pins Ingaas al substrat INP i la resposta del dispositiu va ser d'aproximadament 0,57A /W. El 2011, el Laboratori de Recerca de l’Exèrcit (ALR) va utilitzar fotodetectors de PIN per estudiar una imatge LiDAR per a la navegació, l’evitació d’obstacles/col·lisions i la detecció/identificació de l’objectiu de curt abast per a petits vehicles de terra no tripulats, integrats amb un xip d’amplificador de microones de baix cost que va millorar significativament la proporció senyal-senyal del fotodeta PIN InGAAS. Sobre aquesta base, el 2012, ALR va utilitzar aquesta imatge LiDAR per a robots, amb un rang de detecció de més de 50 m i una resolució de 256 × 128.

Els Ingaasfotodetector d'Avalancheés una mena de fotodetector amb guany, l'estructura de la qual es mostra a la figura (c). La parella de forats d’electrons obté prou energia sota l’acció del camp elèctric dins de la regió de doblatge, per tal de xocar amb l’àtom, generar nous parells de forats d’electrons, formar un efecte d’allau i multiplicar els portadors de no equilibri en el material. El 2013, George M va utilitzar MBE per fer créixer la gelosia igualats en INGAAs i aliatges Inalas en un substrat INP, utilitzant canvis en la composició d’aliatge, gruix de la capa epitaxial i dopatge per a l’energia del portador modulat per maximitzar la ionització d’electroshock mentre minimitzava la ionització del forat. A l’abast de senyal de sortida equivalent, l’APD mostra un soroll inferior i un corrent fosc inferior. El 2016, Sun Jianfeng et al. Va crear un conjunt de plataforma experimental d'imatge activa de làser de 1570 nm basada en el fotodetector d'Avalanche Ingaas. El circuit intern deFotodetector APDEls ecos rebuts i la sortida directament de senyals digitals, fent que tot el dispositiu sigui compacte. Els resultats experimentals es mostren a la Fig. (d) i (e). La figura (d) és una foto física de l’objectiu d’imatge i la figura (e) és una imatge de distància tridimensional. Es pot veure clarament que l’àrea de la finestra de l’àrea C té una certa distància de profunditat amb l’àrea A i B. La plataforma realitza una amplada de pols inferior a 10 ns, energia de pols única (1 ~ 3) MJ ajustable, que rep angle de camp de la lent de 2 °, freqüència de repetició d'1 kHz, proporció de detecció d'aproximadament 60%. Gràcies al guany de fotocurrent intern de l’APD, la resposta ràpida, la mida compacta, la durabilitat i el baix cost, els fotodetectors APD poden ser un ordre de magnitud més elevat en la velocitat de detecció que els fotodetectors PIN, de manera que el LIDAR principal actual està dominat principalment per fotodetectors d’Avalanche.

En general, amb el ràpid desenvolupament de la tecnologia de preparació InGAAS a casa i a l'estranger, podem utilitzar hàbilment MBE, MOCVD, LPE i altres tecnologies per preparar la capa epitaxial Ingaas de gran qualitat en substrat INP. Els fotodetectors Ingaas presenten un corrent fosc baix i una alta resposta, el corrent fosc més baix és inferior a 0,75 PA/μm², la resposta màxima és de fins a 0,57 A/W i té una resposta transitòria ràpida (ordre de PS). El futur desenvolupament dels fotodetectors Ingaas se centrarà en els dos aspectes següents: (1) La capa epitaxial Ingaas es cultiva directament sobre el substrat SI. Actualment, la majoria dels dispositius microelectrònics del mercat es basen en SI, i el posterior desenvolupament integrat d’INGAAs i SI és la tendència general. La resolució de problemes com el desajust de gelosia i la diferència de coeficient d’expansió tèrmica és crucial per a l’estudi d’INGAAS/SI; (2) La tecnologia de longitud d'ona de 1550 nm ha estat madura i la longitud d'ona estesa (2,0 ~ 2,5) μm és la futura direcció de la investigació. Amb l’augment de components en components, el desajust de gelosia entre el substrat INP i la capa epitaxial Ingaas comportarà una luxació i defectes més greus, per la qual cosa és necessari optimitzar els paràmetres del procés del dispositiu, reduir els defectes de gelosia i reduir el corrent fosc del dispositiu.