Sammanfattning: Den grundläggande strukturen och arbetsprincipen för Avalanche Photodetector (APD -fotodetektor) introduceras, utvecklingsprocessen för enhetsstrukturen analyseras, den nuvarande forskningsstatusen sammanfattas och den framtida utvecklingen av APD studeras prospektivt.
1. Introduktion
En fotodetektor är en enhet som omvandlar ljussignaler till elektriska signaler. På enhalvledarfotodetektor, den fotogenererade bäraren som upphetsar av den infallande fotonen kommer in i den yttre kretsen under den applicerade förspänningsspänningen och bildar en mätbar fotoledare. Även vid maximal lyhördhet kan en pin-fotodiod bara producera ett par elektronhålpar högst, vilket är en enhet utan intern förstärkning. För större lyhördhet kan en lavinfotodiode (APD) användas. Amplifieringseffekten av APD på fotström är baserad på joniseringskollisionseffekten. Under vissa förhållanden kan de accelererade elektronerna och hålen få tillräckligt med energi för att kollidera med gitteret för att producera ett nytt par elektronhålpar. Denna process är en kedjereaktion, så att paret av elektronhålpar som genereras genom ljusabsorption kan producera ett stort antal elektronhålpar och bilda en stor sekundär fotoledare. Därför har APD hög lyhördhet och intern förstärkning, vilket förbättrar enhetens signal-till-brus. APD kommer främst att användas i långdistans eller mindre optiska fiberkommunikationssystem med andra begränsningar för den mottagna optiska kraften. För närvarande är många optiska enhetsexperter mycket optimistiska när det gäller utsikterna för APD och tror att forskningen från APD är nödvändig för att förbättra de internationella konkurrenskraften för relaterade områden.
2. Teknisk utveckling avlavinfotodetektor(APD fotodetektor)
2.1 Material
(1)Si fotodetektor
SI Material Technology är en mogen teknik som används i stor utsträckning inom mikroelektronik, men den är inte lämplig för beredning av enheter inom våglängdsområdet 1,31 mm och 1,55 mm som allmänt accepteras inom området optisk kommunikation.
(2) GE
Även om det spektrala svaret från GE APD är lämpligt för kraven för låg förlust och låg spridning vid överföring av optisk fiber, finns det stora svårigheter i beredningsprocessen. Dessutom är GE: s elektron- och håljoniseringsgrad nära () 1, så det är svårt att förbereda högpresterande APD-enheter.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
Det är en effektiv metod att välja i0.53GA0.47AS som ljusabsorptionsskiktet för APD och INP som multiplikatorskiktet. 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 lju detektor för närvarande.
(4)Ingaas fotodetektor/Ifotodetektor
Genom att välja Ingaasp som det ljusabsorberande skiktet och INP som multiplikatorskikt, APD med en svarvåglängd på 1-1,4 mm, hög kvanteffektivitet, låg mörk ström och hög lavinförstärkning kan framställas. Genom att välja olika legeringskomponenter uppnås den 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 på att tunt IN0.52AL0.48AS epitaxialskikt kan få bättre förstärkningsegenskaper än INP som ett multiplikatorskikt under villkoret för ren elektroninjektion.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas och Ingaas/in (Al) Gaas/Inalas
Påverkan joniseringshastigheten för material är en viktig faktor som påverkar APD: s prestanda. Resultaten visar att kollisionsjoniseringshastigheten för multiplikatorskiktet kan förbättras genom att introducera Ingaas (P) /inalas och i (Al) GaAs /Inalas superlattice -strukturer. Genom att använda Superlattice -strukturen kan bandtekniken konstgjorda kontroll av den asymmetriska bandkanten diskontinuitet mellan ledningsbandet och valensbandvärdena och se till att ledningsbandet diskontinuitet är mycket större än valensbandet diskontinuitet (ΔEC >> ΔEV). Jämfört med Ingaas bulkmaterial ökas InGaas/Inalas kvantbrunnselektroniseringsgrad (A) avsevärt, och elektroner och hål får extra energi. På grund av ΔEC >> ΔEV kan det förväntas att den energi som erhållits av elektroner ökar elektronjoniseringshastigheten mycket mer än bidraget från hålenergi till håljoniseringshastighet (B). Förhållandet (K) för elektronjoniseringshastighet och håljoniseringshastighet ökar. Därför kan högförstärkningsprodukt (GBW) och lågbrusprestanda erhållas genom att applicera superlattstrukturer. Emellertid är denna InGaas/Inalas kvantbrunnsstruktur APD, som kan öka K -värdet, svårt att tillämpa på optiska mottagare. Detta beror på att multiplikatorfaktorn som påverkar den maximala lyhördheten begränsas av den mörka strömmen, inte multiplikatorbruset. I denna struktur orsakas den mörka strömmen huvudsakligen av tunneleffekten av Ingaas brunnskikt med ett smalt bandgap, så införandet av en bredbandsgap kvartärlegering, såsom Ingaasp eller inalgaas, istället för Ingaas som brunnskiktet av kvantbrunnsstrukturen kan undertrycka den mörka strömmen.
Inläggstid: november-13-2023