Absztrakt: A lavina fotodetektor alapvető szerkezete és működési elve (APD fotodetektor) bemutatásra kerülnek, elemzik az eszköz szerkezetének evolúciós folyamatát, összefoglalják a jelenlegi kutatási állapotot, és prospektíven vizsgálják az APD jövőbeli fejlődését.
1. Bevezetés
A fotodetektor egy olyan eszköz, amely a fényjeleket elektromos jelekké alakítja.félvezető fotodetektorA beeső foton által gerjesztett foton-generált töltéshordozó az alkalmazott előfeszítő feszültség alatt belép a külső áramkörbe, és mérhető fotoáramot hoz létre. Még maximális érzékenység mellett is, egy PIN-fotodióda legfeljebb egy elektron-lyuk párt képes létrehozni, ami egy belső erősítés nélküli eszköz. Nagyobb érzékenység érdekében lavina-fotodióda (APD) használható. Az APD fotoáramra gyakorolt erősítési hatása az ionizációs ütközési hatáson alapul. Bizonyos körülmények között a gyorsított elektronok és lyukak elegendő energiát szerezhetnek ahhoz, hogy ütközzenek a ráccsal, és új elektron-lyuk párt hozzanak létre. Ez a folyamat egy láncreakció, így a fényelnyelés által generált elektron-lyuk pár nagyszámú elektron-lyuk párt hozhat létre, és nagy másodlagos fotoáramot képezhet. Ezért az APD nagy érzékenységgel és belső erősítéssel rendelkezik, ami javítja az eszköz jel-zaj arányát. Az APD-t főként nagy távolságú vagy kisebb optikai szálas kommunikációs rendszerekben használják, ahol a vételi optikai teljesítményre egyéb korlátozások is vonatkoznak. Jelenleg számos optikai eszköz szakértő nagyon optimista az APD kilátásaival kapcsolatban, és úgy vélik, hogy az APD kutatása szükséges a kapcsolódó területek nemzetközi versenyképességének növeléséhez.
2. Műszaki fejlesztéslavina fotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Anyagok
(1)Si fotodetektor
A Si anyagtechnológia egy érett technológia, amelyet széles körben használnak a mikroelektronika területén, de nem alkalmas az optikai kommunikáció területén általánosan elfogadott 1,31 mm és 1,55 mm hullámhossztartományú eszközök előállítására.
(2)Ge
Bár a Ge APD spektrális válasza megfelel az optikai szálas átvitel alacsony veszteségű és alacsony diszperziós követelményeinek, az előállítási folyamat során jelentős nehézségek merülnek fel. Ezenkívül a Ge elektron- és lyukionizációs sebességaránya közel van a () 1-hez, így nehéz nagy teljesítményű APD eszközöket előállítani.
(3) In0,53Ga0,47As/InP
Hatékony módszer az In0.53Ga0.47As kiválasztása az APD fényelnyelő rétegeként és az InP multiplikátor rétegként. Az In0.53Ga0.47As anyag abszorpciós csúcsa 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm hullámhossz, körülbelül 104 cm-1 magas abszorpciós együtthatóval, ami jelenleg a fénydetektorok abszorpciós rétegének előnyben részesített anyaga.
(4)InGaAs fotodetektor/Befotodetektor
Az InGaAsP fényelnyelő rétegként és az InP szorzórétegként történő kiválasztásával 1-1,4 mm válaszhullámhosszú, nagy kvantumhatásfokú, alacsony sötétáramú és nagy lavinaerősítésű APD állítható elő. Különböző ötvözetkomponensek kiválasztásával érhető el a legjobb teljesítmény az adott hullámhosszakon.
(5)InGaAs/InAlAs
Az In0.52Al0.48As anyag sávszélessége 1,47 eV, és nem nyeli el az 1,55 mm hullámhossztartományt. Bizonyítékok vannak arra, hogy a vékony In0.52Al0.48As epitaxiális réteg jobb erősítési jellemzőket érhet el, mint az InP, multiplikátor rétegként, tiszta elektronbefecskendezés esetén.
(6)InGaAs/InGaAs (P)/InAlAs és InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Az anyagok ütközési ionizációs sebessége fontos tényező, amely befolyásolja az APD teljesítményét. Az eredmények azt mutatják, hogy a szorzóréteg ütközési ionizációs sebessége javítható InGaAs (P) /InAlAs és In (Al) GaAs/InAlAs szuperrácsos szerkezetek bevezetésével. A szuperrácsos szerkezet alkalmazásával a sávtervezés mesterségesen szabályozhatja az aszimmetrikus sávszéli diszkontinuitást a vezetési sáv és a vegyértéksáv értékei között, és biztosíthatja, hogy a vezetési sáv diszkontinuitása sokkal nagyobb legyen, mint a vegyértéksáv diszkontinuitása (ΔEc>>ΔEv). Az InGaAs tömbi anyagokhoz képest az InGaAs/InAlAs kvantumkút elektronionizációs sebessége (a) jelentősen megnő, és az elektronok és a lyukak extra energiára tesznek szert. A ΔEc>>ΔEv miatt várható, hogy az elektronok által nyert energia sokkal jobban növeli az elektronionizációs sebességet, mint a lyukenergiának a lyukionizációs sebességhez való hozzájárulása (b). Az elektronionizációs sebesség és a lyukionizációs sebesség aránya (k) növekszik. Ezért a szuperrácsos struktúrák alkalmazásával nagy erősítés-sávszélesség szorzat (GBW) és alacsony zajszint érhető el. Azonban ez az InGaAs/InAlAs kvantumkút-szerkezetű APD, amely növelheti a k értéket, nehezen alkalmazható optikai vevőknél. Ez azért van, mert a maximális válaszkészséget befolyásoló szorzótényezőt a sötétáram korlátozza, nem a szorzózaj. Ebben a struktúrában a sötétáramot főként az InGaAs kútréteg alagúthatása okozza, keskeny sávszélességű negyedleges ötvözet, például InGaAsP vagy InAlGaAs bevezetése az InGaAs helyett a kvantumkút-szerkezet kútrétegeként elnyomhatja a sötétáramot.
Közzététel ideje: 2023. november 13.