L'estructura deFotodetector d'InGaAs
Des de la dècada del 1980, els investigadors han estat estudiant l'estructura dels fotodetectors d'InGaAs, que es poden resumir en tres tipus principals: metall InGaAs, metall semiconductor.fotodetectors(MSM-PD), InGaAsfotodetectors PIN(PIN-PD) i InGaAsfotodetectors d'allaus(APD-PD). Hi ha diferències significatives en el procés de producció i el cost dels fotodetectors d'InGaAs amb diferents estructures, i també hi ha diferències significatives en el rendiment del dispositiu.
El diagrama esquemàtic de l'estructura del fotodetector metàl·lic semiconductor d'InGaAs es mostra a la figura, que és una estructura especial basada en la unió Schottky. El 1992, Shi et al. van utilitzar la tecnologia d'epitàxia en fase de vapor orgànic metàl·lic a baixa pressió (LP-MOVPE) per fer créixer capes epitaxials i preparar fotodetectors MSM d'InGaAs. El dispositiu té una alta responsivitat de 0,42 A/W a una longitud d'ona d'1,3 μm i un corrent de foscor inferior a 5,6 pA/μm² a 1,5 V. El 1996, els investigadors van utilitzar l'epitàxia de feix molecular en fase gasosa (GSMBE) per fer créixer capes epitaxials d'InAlAs i InGaAs-InP, que van presentar característiques d'alta resistivitat. Les condicions de creixement es van optimitzar mitjançant mesures de difracció de raigs X, la qual cosa va resultar en una discrepància de xarxa entre les capes d'InGaAs i InAlAs dins del rang d'1 × 10⁻³. Com a resultat, es va optimitzar el rendiment del dispositiu, amb un corrent de foscor inferior a 0,75 pA/μ m² a 10 V i una resposta transitòria ràpida de 16 ps a 5 V. En general, el fotodetector d'estructura MSM té una estructura senzilla i fàcil d'integrar, que presenta un corrent de foscor (nivell de pA) més baix, però l'elèctrode metàl·lic redueix l'àrea d'absorció efectiva de la llum del dispositiu, la qual cosa resulta en una menor responsivitat en comparació amb altres estructures.
El fotodetector PIN d'InGaAs té una capa intrínseca inserida entre la capa de contacte de tipus P i la capa de contacte de tipus N, com es mostra a la figura, que augmenta l'amplada de la regió de depleció, radiant així més parells de forats d'electrons i formant un fotocorrent més gran, mostrant així una excel·lent conductivitat electrònica. El 2007, els investigadors van utilitzar MBE per fer créixer capes tampó a baixa temperatura, millorant la rugositat superficial i superant la discrepància de xarxa entre Si i InP. Van integrar estructures PIN d'InGaAs en substrats d'InP mitjançant MOCVD, i la resposta del dispositiu va ser d'aproximadament 0,57 A/W. El 2011, els investigadors van utilitzar fotodetectors PIN per desenvolupar un dispositiu d'imatges LiDAR de curt abast per a la navegació, l'evitació d'obstacles/col·lisions i la detecció/reconeixement d'objectius de petits vehicles terrestres no tripulats. El dispositiu es va integrar amb un xip amplificador de microones de baix cost, millorant significativament la relació senyal-soroll dels fotodetectors PIN d'InGaAs. Sobre aquesta base, el 2012, els investigadors van aplicar aquest dispositiu d'imatges LiDAR a robots, amb un abast de detecció de més de 50 metres i una resolució augmentada a 256 × 128.
El fotodetector d'allaus d'InGaAs és un tipus de fotodetector amb guany, tal com es mostra al diagrama de l'estructura. Els parells de forats d'electrons obtenen prou energia sota l'acció del camp elèctric dins de la regió de duplicació i xoquen amb els àtoms per generar nous parells de forats d'electrons, formant un efecte d'allaus i duplicant els portadors de càrrega fora de l'equilibri del material. El 2013, els investigadors van utilitzar MBE per fer créixer aliatges d'InGaAs i InAlAs coincidents en xarxa sobre substrats d'InP, modulant l'energia del portador mitjançant canvis en la composició de l'aliatge, el gruix de la capa epitaxial i el dopatge, maximitzant la ionització per electroxoc i minimitzant la ionització de forats. Amb un guany de senyal de sortida equivalent, l'APD presenta un baix soroll i un corrent fosc més baix. El 2016, els investigadors van construir una plataforma experimental d'imatges làser actives de 1570 nm basada en fotodetectors d'allaus d'InGaAs. El circuit intern delfotodetector APDrebia ecos i emetia directament senyals digitals, fent que tot el dispositiu fos compacte. Els resultats experimentals es mostren a les figures (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 a la Zona C té una certa distància de profunditat de les Zones A i B. Aquesta plataforma aconsegueix una amplada de pols inferior a 10 ns, una energia de pols únic ajustable (1-3) mJ, un angle de camp de visió de 2° per a les lents transmissora i receptora, una freqüència de repetició d'1 kHz i un cicle de treball del detector d'aproximadament el 60%. Gràcies al guany de fotocorrent intern, la resposta ràpida, la mida compacta, la durabilitat i el baix cost de l'APD, els fotodetectors APD poden aconseguir una taxa de detecció un ordre de magnitud superior a la dels fotodetectors PIN. Per tant, actualment el radar làser convencional utilitza principalment fotodetectors d'allaus.
Data de publicació: 11 de febrer de 2026