Principen och den nuvarande situationen för lavinfotodetektorn (APD-fotodetektorn) Del två

Principen och den nuvarande situationen förlavinfotodetektor (APD-fotodetektorDel två

2.2 APD-chipstruktur
En rimlig chipstruktur är den grundläggande garantin för högpresterande enheter. Den strukturella designen av APD tar huvudsakligen hänsyn till RC-tidskonstant, hålinfångning vid heterojunktion, bärvågens transittid genom utarmningsområdet och så vidare. Utvecklingen av dess struktur sammanfattas nedan:

(1) Grundstruktur
Den enklaste APD-strukturen är baserad på PIN-fotodioden, där P-regionen och N-regionen är kraftigt dopade, och den dubbelrepellerande regionen av N-typ eller P-typ introduceras i den intilliggande P-regionen eller N-regionen för att generera sekundära elektroner och hålpar, för att uppnå en förstärkning av den primära fotoströmmen. För InP-seriematerial, eftersom håljoniseringskoefficienten är större än elektronjoniseringskoefficienten, placeras förstärkningsregionen för N-typ-dopning vanligtvis i P-regionen. I en ideal situation injiceras endast hål i förstärkningsregionen, så denna struktur kallas en holinjicerad struktur.

(2) Absorption och förstärkning skiljs åt
På grund av InP:s breda bandgapegenskaper (InP är 1,35 eV och InGaAs är 0,75 eV) används vanligtvis InP som förstärkningszonsmaterial och InGaAs som absorptionszonsmaterial.

(3) Absorptions-, gradient- och förstärkningsstrukturerna (SAGM) föreslås.
För närvarande använder de flesta kommersiella APD-enheter InP/InGaAs-material. InGaAs används som absorptionsskikt, medan InP kan användas som förstärkningszonsmaterial under starka elektriska fält (>5x105V/cm) utan genombrott. För detta material är APD-konstruktionen utformad så 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 heteroövergångskanten innan de når InP-multiplikatorskiktet, och hastigheten minskar kraftigt, 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) Absorptions-, gradient-, laddnings- och förstärkningsstrukturerna (SAGCM) föreslås.
För att ytterligare justera den elektriska fältfördelningen i absorptionsskiktet och förstärkningsskiktet introduceras laddningsskiktet i enhetens design, vilket avsevärt förbättrar enhetens hastighet och respons.

(5) Resonatorförstärkt (RCE) SAGCM-struktur
I den ovanstående optimala designen av traditionella detektorer måste vi inse att absorptionsskiktets tjocklek är en motsägelsefull faktor för enhetens hastighet och kvanteffektivitet. Den tunna tjockleken på det absorberande skiktet kan minska bärvågens transittid, så att en stor bandbredd kan erhållas. Samtidigt, för att uppnå högre kvanteffektivitet, måste absorptionsskiktet ha en tillräcklig tjocklek. Lösningen på detta problem kan vara resonanskavitetsstrukturen (RCE), det vill säga att den distribuerade Bragg-reflektorn (DBR) är utformad på botten och toppen av enheten. DBR-spegeln består av två typer av material med lågt brytningsindex och högt brytningsindex i strukturen, och de två växer växelvis, och tjockleken på varje lager uppfyller den infallande ljusvåglängden 1/4 i halvledaren. Detektorns resonatorstruktur kan uppfylla hastighetskraven, absorptionsskiktets tjocklek kan göras mycket tunn, och elektronens kvanteffektivitet ökar efter flera reflektioner.

(6) Kantkopplad vågledarstruktur (WG-APD)
En annan lösning för att lösa motsättningen mellan olika effekter av absorptionsskiktets tjocklek på enhetens hastighet och kvanteffektivitet är att introducera en kantkopplad vågledarstruktur. Denna struktur kommer in i ljuset från sidan, eftersom absorptionsskiktet är mycket långt, är det lätt att uppnå hög kvanteffektivitet, och samtidigt kan absorptionsskiktet göras mycket tunt, vilket minskar bärvågstransittiden. Därför löser denna struktur de olika beroendena av bandbredd och effektivitet på absorptionsskiktets tjocklek, och förväntas uppnå hög hastighet och hög kvanteffektivitet för APD. Processen för WG-APD är enklare än den för RCE APD, vilket eliminerar den komplicerade beredningsprocessen för DBR-spegeln. Därför är den mer genomförbar i det praktiska området och lämplig för optisk anslutning i gemensamma plan.

3. Slutsats
Utvecklingen av lavinerfotodetektorMaterial och anordningar granskas. Elektron- och hålkollisioniseringshastigheterna för InP-material ligger nära de för InAlAs, vilket leder till den dubbla processen med de två bärarsymbionerna, vilket gör att lavinbildningstiden blir längre och bruset ökar. Jämfört med rena InAlAs-material har kvantbrunnsstrukturer för InGaAs(P)/InAlAs och In(Al)GaAs/InAlAs ett ökat förhållande mellan kollisioniseringskoefficienter, så brusprestandan kan förändras avsevärt. När det gäller struktur har resonatorförstärkt (RCE) SAGCM-struktur och kantkopplad vågledarstruktur (WG-APD) utvecklats för att lösa motsägelserna mellan olika effekter av absorptionsskiktets tjocklek på anordningshastighet och kvanteffektivitet. På grund av processens komplexitet behöver den fulla praktiska tillämpningen av dessa två strukturer utforskas ytterligare.