Principen och nuvarande situationlavinfotodetektor (APD fotodetektor) Del två
2.2 APD-chipstruktur
Rimlig chipstruktur är den grundläggande garantin för högpresterande enheter. Den strukturella utformningen av APD tar huvudsakligen hänsyn till RC-tidskonstant, hålfångning vid heterojunction, transporttid för bärare genom utarmningsregion och så vidare. Utvecklingen av dess struktur sammanfattas nedan:
(1) Grundläggande struktur
Den enklaste APD-strukturen är baserad på PIN-fotodioden, P-regionen och N-regionen är kraftigt dopade, och N-typ eller P-typ dubbelavstötande region introduceras i den intilliggande P-regionen eller N-regionen för att generera sekundära elektroner och hål par, för att realisera förstärkningen av den primära fotoströmmen. För material i InP-serien, eftersom joniseringskoefficienten för hålet är större än joniseringskoefficienten för elektronpåverkan, placeras förstärkningsområdet för dopning av N-typ vanligtvis i P-området. I en ideal situation injiceras endast hål i förstärkningsområdet, så denna struktur kallas en hålinjicerad struktur.
(2) Absorption och förstärkning särskiljs
På grund av de breda bandgapegenskaperna hos InP (InP är 1,35 eV och InGaAs är 0,75 eV), används InP vanligtvis som förstärkningszonmaterial och InGaAs som absorptionszonmaterial.
(3) Strukturerna för absorption, gradient och förstärkning (SAGM) föreslås respektive
För närvarande använder de flesta kommersiella APD-enheter InP/InGaAs-material, InGaAs som absorptionsskikt, InP under högt elektriskt fält (>5x105V/cm) utan nedbrytning, kan användas som ett förstärkningszonmaterial. För detta material är designen av denna APD att lavinprocessen bildas i N-typ InP genom kollision av hål. Med tanke på den stora skillnaden i bandgapet mellan InP och InGaAs, gör energinivåskillnaden på cirka 0,4 eV i valensbandet att hålen som genereras i InGaAs-absorptionsskiktet blockeras vid heterojunction-kanten innan de når InP-multiplikatorskiktet och hastigheten är avsevärt reduceras, vilket resulterar i en lång svarstid och smal bandbredd för denna APD. Detta problem kan lösas genom att lägga till ett InGaAsP-övergångsskikt mellan de två materialen.
(4) Strukturerna för absorption, gradient, laddning och förstärkning (SAGCM) föreslås respektive
För att ytterligare justera den elektriska fältfördelningen av absorptionsskiktet och förstärkningsskiktet, introduceras laddningsskiktet i enhetsdesignen, vilket avsevärt förbättrar enhetens hastighet och reaktionsförmåga.
(5) Resonatorförstärkt (RCE) SAGCM-struktur
I ovanstående optimala design av traditionella detektorer måste vi inse det faktum att tjockleken på absorptionsskiktet är en motsägelsefull faktor för enhetens hastighet och kvanteffektivitet. Den tunna tjockleken på det absorberande skiktet kan minska transporttiden för bäraren, så en stor bandbredd kan erhållas. Men samtidigt, för att erhålla högre kvanteffektivitet, måste absorptionsskiktet ha en tillräcklig tjocklek. Lösningen på detta problem kan vara strukturen i resonanshåligheten (RCE), det vill säga den distribuerade Bragg-reflektorn (DBR) är utformad längst ner och överst på enheten. DBR-spegeln består av två typer av material med lågt brytningsindex och högt brytningsindex i struktur, och de två växer omväxlande, och tjockleken på varje lager möter den infallande ljusvåglängden 1/4 i halvledaren. Detektorns resonatorstruktur kan uppfylla hastighetskraven, tjockleken på absorptionsskiktet kan göras mycket tunn och elektronens kvanteffektivitet ökar efter flera reflektioner.
(6) Kantkopplad vågledarstruktur (WG-APD)
En annan lösning för att lösa motsägelsen mellan olika effekter av absorptionsskikttjocklek på enhetens hastighet och kvanteffektivitet är att introducera kantkopplad vågledarstruktur. Denna struktur kommer in i ljus från sidan, eftersom absorptionsskiktet är mycket långt, det är lätt att få hög kvanteffektivitet, och samtidigt kan absorptionsskiktet göras mycket tunt, vilket minskar transporttiden för bäraren. Därför löser denna struktur det olika beroendet av bandbredd och effektivitet på tjockleken på absorptionsskiktet, och förväntas uppnå hög hastighet och hög kvanteffektiv APD. Processen för WG-APD är enklare än den för RCE APD, vilket eliminerar den komplicerade förberedelseprocessen för DBR-spegel. Därför är det mer genomförbart i det praktiska området och lämpligt för vanlig plan optisk anslutning.
3. Slutsats
Utvecklingen av lavinfotodetektormaterial och apparater ses över. Joniseringshastigheterna för elektron- och hålkollisioner för InP-material ligger nära de för InAlAs, vilket leder till den dubbla processen för de två bärarsymbionerna, vilket gör lavinbyggandet längre och bullret ökar. Jämfört med rena InAlAs-material har InGaAs (P) /InAlAs och In (Al) GaAs/InAlAs kvantbrunnsstrukturer ett ökat förhållande mellan kollisionsjoniseringskoefficienter, så bullerprestandan kan ändras avsevärt. När det gäller struktur utvecklas resonatorförstärkt (RCE) SAGCM-struktur och kantkopplad vågledarstruktur (WG-APD) för att lösa motsägelserna mellan olika effekter av absorptionsskikttjocklek på enhetens hastighet och kvanteffektivitet. På grund av processens komplexitet måste den fullständiga praktiska tillämpningen av dessa två strukturer undersökas ytterligare.
Posttid: 2023-nov-14