Sammanfattning: Den grundläggande strukturen och arbetsprincipen för lavinfotodetektor (APD fotodetektor) introduceras, evolutionsprocessen för enhetsstrukturen analyseras, den aktuella forskningsstatusen sammanfattas och den framtida utvecklingen av APD studeras prospektivt.
1. Inledning
En fotodetektor är en enhet som omvandlar ljussignaler till elektriska signaler. I enhalvledarfotodetektor, kommer den fotogenererade bäraren som exciteras av den infallande fotonen in i den externa kretsen under den applicerade förspänningen och bildar en mätbar fotoström. Även vid maximal lyhördhet kan en PIN-fotodiod endast producera ett par elektronhålspar som mest, vilket är en enhet utan intern förstärkning. För större lyhördhet kan en lavinfotodiod (APD) användas. Amplifieringseffekten av APD på fotoström är baserad på joniseringskollisionseffekten. Under vissa förhållanden kan de accelererade elektronerna och hålen få tillräckligt med energi för att kollidera med gittret för att producera ett nytt par av elektron-hålspar. Denna process är en kedjereaktion, så att paret av elektron-hål-par som genereras av ljusabsorption kan producera ett stort antal elektron-hål-par och bilda en stor sekundär fotoström. Därför har APD hög lyhördhet och intern förstärkning, vilket förbättrar enhetens signal-brusförhållande. APD kommer huvudsakligen att användas i långväga eller mindre optiska fiberkommunikationssystem med andra begränsningar av den mottagna optiska effekten. För närvarande är många experter på optiska enheter mycket optimistiska om utsikterna för APD och tror att forskningen om APD är nödvändig för att förbättra den internationella konkurrenskraften för närliggande områden.
2. Teknisk utveckling avlavinfotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Material
(1)Si fotodetektor
Si-materialteknik är en mogen teknik som används i stor utsträckning inom området mikroelektronik, men den är inte lämplig för framställning av enheter i våglängdsområdet 1,31 mm och 1,55 mm som är allmänt accepterade inom området optisk kommunikation.
(2)Ge
Även om det spektrala svaret hos Ge APD är lämpligt för kraven på låg förlust och låg spridning i optisk fiberöverföring, finns det stora svårigheter i förberedelseprocessen. Dessutom är Ge:s elektron- och håljoniseringshastighet nära () 1, så det är svårt att förbereda högpresterande APD-enheter.
(3)In0.53Ga0.47As/InP
Det är en effektiv metod att välja In0.53Ga0.47As som ljusabsorptionsskikt för APD och InP som multiplikatorskikt. Absorptionstoppen för In0.53Ga0.47As-material är 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm våglängd är cirka 104 cm-1 hög absorptionskoefficient, vilket är det föredragna materialet för absorptionsskiktet av ljusdetektor för närvarande.
(4)InGaAs fotodetektor/Ifotodetektor
Genom att välja InGaAsP som det ljusabsorberande skiktet och InP som multiplikatorskiktet kan APD med en svarsvåglängd på 1-1,4 mm, hög kvanteffektivitet, låg mörkström och hög lavinförstärkning förberedas. Genom att välja olika legeringskomponenter uppnås bästa prestanda för specifika våglängder.
(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As-material har ett bandgap (1.47eV) och absorberar inte vid våglängdsområdet 1.55 mm. Det finns bevis för att tunt In0.52Al0.48As epitaxiellt skikt kan erhålla bättre förstärkningsegenskaper än InP som ett multiplikatorskikt under tillstånd av ren elektroninjektion.
(6)InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs och InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
Slagjoniseringshastigheten för material är en viktig faktor som påverkar prestandan hos APD. Resultaten visar att kollisionsjoniseringshastigheten för multiplikatorskiktet kan förbättras genom att introducera InGaAs (P)/InAlAs och In (Al) GaAs/InAlAs supergitterstrukturer. Genom att använda supergitterstrukturen kan bandtekniken på konstgjord väg kontrollera den asymmetriska bandkantdiskontinuiteten mellan ledningsbandet och valensbandsvärdena och säkerställa att ledningsbandsdiskontinuiteten är mycket större än valensbandsdiskontinuiteten (ΔEc>>ΔEv). Jämfört med InGaAs bulkmaterial ökar InGaAs/InAlAs kvantbrunnars elektronjoniseringshastighet (a) avsevärt, och elektroner och hål får extra energi. På grund av ΔEc>>ΔEv kan det förväntas att energin som erhålls av elektroner ökar elektronjoniseringshastigheten mycket mer än bidraget från hålenergi till håljoniseringshastigheten (b). Förhållandet (k) mellan elektronjoniseringshastighet och håljoniseringshastighet ökar. Därför kan produkt med hög förstärkning-bandbredd (GBW) och prestanda med låg brus erhållas genom att tillämpa supergitterstrukturer. Denna InGaAs/InAlAs kvantbrunnsstruktur APD, som kan öka k-värdet, är dock svår att tillämpa på optiska mottagare. Detta beror på att multiplikatorfaktorn som påverkar den maximala känsligheten begränsas av den mörka strömmen, inte av multiplikatorbruset. I denna struktur orsakas den mörka strömmen huvudsakligen av tunneleffekten av InGaAs-brunnsskiktet med ett smalt bandgap, så införandet av en kvartär legering med bredbandsgap, såsom InGaAsP eller InAlGaAs, istället för InGaAs som brunnskiktet av kvantbrunnsstrukturen kan undertrycka den mörka strömmen.
Posttid: 2023-nov-13