Be ti InGaAs photodetector

Ilana tiInGaAs fotodetector

Lati awọn ọdun 1980, awọn oniwadi ni ile ati ni ilu okeere ti ṣe iwadi eto ti InGaAs photodetectors, eyiti o pin ni akọkọ si awọn oriṣi mẹta. Wọn jẹ InGaAs metal-Semiconductor-metal photodetector (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), ati InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Awọn iyatọ nla wa ninu ilana iṣelọpọ ati idiyele ti InGaAs photodetectors pẹlu awọn ẹya oriṣiriṣi, ati pe awọn iyatọ nla tun wa ninu iṣẹ ẹrọ.

Awọn InGaAs irin-semikondokito-irinolutayo, han ni Figure (a), ni pataki kan be da lori Schottky junction. Ni ọdun 1992, Shi et al. lo kekere titẹ irin-Organic oru ọna ẹrọ epitaxy (LP-MOVPE) lati dagba epitaxy fẹlẹfẹlẹ ati pese InGaAs MSM photodetector, eyi ti o ni A ga responsiveness ti 0.42 A / W ni a wefulenti ti 1.3 μm ati ki o kan dudu lọwọlọwọ kekere ju 5.6 pA/ μm² ni 1.5 V. Ni ọdun 1996, zhang et al. ti a lo gaasi alakoso molikula beam epitaxy (GSMBE) lati dagba InAlAs-InGaAs-InP epitaxy Layer. Layer InAlAs ṣe afihan awọn abuda resistivity giga, ati pe awọn ipo idagbasoke jẹ iṣapeye nipasẹ wiwọn diffraction X-ray, nitoribẹẹ ibaamu lattice laarin InGaAs ati awọn fẹlẹfẹlẹ InAlAs wa laarin iwọn 1 × 10⁻³. Eyi ni abajade iṣẹ ẹrọ iṣapeye pẹlu lọwọlọwọ dudu ni isalẹ 0.75 pA/μm² ni 10 V ati idahun iyara iyara to 16 ps ni 5 V. Ni gbogbo rẹ, oluṣafihan eto MSM rọrun ati rọrun lati ṣepọ, ṣafihan lọwọlọwọ dudu dudu (pA) ibere), ṣugbọn elekiturodu irin yoo dinku agbegbe gbigba ina ti o munadoko ti ẹrọ naa, nitorinaa idahun jẹ kekere ju awọn ẹya miiran lọ.

InGaAs PIN photodetector fi ohun ojulowo Layer laarin awọn P-Iru olubasọrọ Layer ati N-Iru olubasọrọ Layer, bi o han ni Figure (b), eyi ti o mu ki awọn iwọn ti awọn idinku ekun, bayi radiating diẹ elekitironi-iho orisii ati lara a o tobi photocurrent, ki o ni o ni o tayọ itanna ifọnọhan išẹ. Ni ọdun 2007, A.Poloczek et al. ti a lo MBE lati dagba ipele ifipamọ iwọn otutu kekere lati mu ilọsiwaju oju-aye dara ati bori aiṣedeede lattice laarin Si ati InP. A lo MOCVD lati ṣepọ ẹya InGaAs PIN lori sobusitireti InP, ati idahun ti ẹrọ naa jẹ nipa 0.57A / W. Ni ọdun 2011, Ile-iṣẹ Iwadi Ọmọ-ogun (ALR) lo awọn olutọpa PIN lati ṣe iwadi aworan liDAR fun lilọ kiri, idiwọ / yago fun ikọlu, ati wiwa ibi-afẹde kukuru kukuru / idanimọ fun awọn ọkọ oju-ilẹ kekere ti ko ni eniyan, ti a ṣepọ pẹlu chirún ampilifaya makirowefu iye owo kekere ti ni pataki ilọsiwaju ifihan-si-ariwo ipin ti InGaAs PIN photodetector. Lori ipilẹ yii, ni ọdun 2012, ALR lo alaworan liDAR yii fun awọn roboti, pẹlu iwọn wiwa ti o ju 50 m ati ipinnu ti 256 × 128.

Awọn InGaAsavalanche photodetectorni a irú ti photodetector pẹlu ere, awọn be ti eyi ti o han ni Figure (c). Tọkọtaya-iho elekitironi gba agbara ti o to labẹ iṣe ti aaye ina inu agbegbe ilọpo meji, lati le ba atomamu, ṣe agbekalẹ awọn orisii iho elekitironi tuntun, ṣe ipa ọsan, ati isodipupo awọn gbigbe ti kii ṣe iwọntunwọnsi ninu ohun elo naa. . Ni ọdun 2013, George M lo MBE lati dagba lattice ti o baamu InGaAs ati InAlAs alloys lori sobusitireti InP, ni lilo awọn ayipada ninu akopọ alloy, sisanra Layer epitaxial, ati doping si agbara gbigbe ti a ṣe iyipada lati mu iwọn ionization electroshock pọ si lakoko ti o dinku ionization iho. Ni ere ifihan abajade deede, APD ṣe afihan ariwo kekere ati lọwọlọwọ dudu kekere. Ni ọdun 2016, Sun Jianfeng et al. itumọ ti ṣeto ti 1570 nm lesa ti nṣiṣe lọwọ aworan esiperimenta Syeed da lori InGaAs avalanche photodetector. Awọn ti abẹnu Circuit tiAPD photodetectorgba awọn iwoyi ati awọn ifihan agbara oni-nọmba ti o jade taara, ti o jẹ ki gbogbo ẹrọ jẹ iwapọ. Awọn abajade esiperimenta ti han ni FIG. (d) ati (e). Nọmba (d) jẹ aworan ti ara ti ibi-afẹde aworan, ati Nọmba (e) jẹ aworan ijinna onisẹpo mẹta. O le rii ni kedere pe agbegbe window ti agbegbe c ni ijinna ijinle kan pẹlu agbegbe A ati b. Syeed mọ iwọn pulse ti o kere ju 10 ns, agbara pulse ẹyọkan (1 ~ 3) mJ adijositabulu, gbigba aaye lẹnsi Igun ti 2 °, igbohunsafẹfẹ atunwi ti 1 kHz, ipin ojuse oluwari ti o to 60%. Ṣeun si ere aworan lọwọlọwọ ti inu APD, idahun iyara, iwọn iwapọ, agbara ati idiyele kekere, Awọn oluṣafihan fọto APD le jẹ aṣẹ titobi ti o ga ni iwọn wiwa ju awọn olutọpa PIN, nitorinaa liDAR akọkọ lọwọlọwọ jẹ gaba lori nipasẹ awọn olutọpa avalanche.

Lapapọ, pẹlu idagbasoke iyara ti imọ-ẹrọ igbaradi InGaAs ni ile ati ni ilu okeere, a le lo ọgbọn ti MBE, MOCVD, LPE ati awọn imọ-ẹrọ miiran lati mura agbegbe ti o ga julọ InGaAs epitaxial Layer lori sobusitireti InP. InGaAs photodetectors ṣe afihan lọwọlọwọ dudu kekere ati idahun giga, lọwọlọwọ dudu ti o kere julọ kere ju 0.75 pA/μm², idahun ti o pọju jẹ to 0.57 A/W, ati pe o ni idahun igba diẹ (pipaṣẹ ps). Ilọsiwaju iwaju ti InGaAs photodetectors yoo dojukọ awọn aaye meji wọnyi: (1) InGaAs epitaxial Layer ti dagba taara lori Si sobusitireti. Ni lọwọlọwọ, pupọ julọ awọn ẹrọ microelectronic ni ọja ni ipilẹ Si, ati idagbasoke iṣọpọ atẹle ti InGaAs ati ipilẹ Si jẹ aṣa gbogbogbo. Yiyan awọn iṣoro bii aiṣedeede lattice ati iyatọ imugboroja igbona jẹ pataki fun iwadi ti InGaAs / Si; (2) Imọ-ẹrọ gigun ti 1550 nm ti dagba, ati gigun gigun gigun (2.0 ~ 2.5) μm jẹ itọsọna iwadii iwaju. Pẹlu ilosoke ti Ni awọn paati, aiṣedeede lattice laarin sobusitireti InP ati InGaAs epitaxial Layer yoo yorisi dislocation to ṣe pataki diẹ sii ati awọn abawọn, nitorinaa o jẹ dandan lati mu awọn ilana ilana ẹrọ ṣiṣẹ, dinku awọn abawọn lattice, ati dinku ẹrọ dudu lọwọlọwọ.