Strukturen hos InGaAs-fotodetektorn

Strukturen avInGaAs fotodetektor
Sedan 1980-talet har forskare studerat strukturen hos InGaAs-fotodetektorer, vilka kan sammanfattas i tre huvudtyper: InGaAs-metall, halvledarmetallfotodetektorer(MSM-PD), InGaAsPIN-fotodetektorer(PIN-PD) och InGaAslavinfotodetektorer(APD-PD). Det finns betydande skillnader i produktionsprocessen och kostnaden för InGaAs-fotodetektorer med olika strukturer, och det finns också betydande skillnader i enhetens prestanda.
Det schematiska diagrammet över strukturen hos en InGaAs-metallhalvledarmetallfotodetektor visas i figuren, som är en speciell struktur baserad på Schottky-övergång. År 1992 använde Shi et al. lågtrycksteknik för metallorganisk ångfasepitaxi (LP-MOVPE) för att odla epitaxiella lager och framställa InGaAs MSM-fotodetektorer. Anordningen har en hög responsivitet på 0,42 A/W vid en våglängd på 1,3 μm och en mörkerström på mindre än 5,6 pA/μm² vid 1,5 V. År 1996 använde forskare gasfasmolekylärstråleepitaxi (GSMBE) för att odla InAlAs InGaAs InP-epitaxiska lager, vilka uppvisade hög resistivitet. Tillväxtförhållandena optimerades genom röntgendiffraktionsmätningar, vilket resulterade i en gittermatchning mellan InGaAs- och InAlAs-lager inom intervallet 1 × 10⁻³. Som ett resultat optimerades enhetens prestanda, med en mörkström på mindre än 0,75 pA/μm² vid 10 V och ett snabbt transientsvar på 16 ps vid 5 V. Sammantaget har MSM-strukturfotodetektorn en enkel och lättintegrerad struktur, med lägre mörkström (pA-nivå), men metallelektroden minskar enhetens effektiva ljusabsorptionsarea, vilket resulterar i lägre responsivitet jämfört med andra strukturer.

InGaAs PIN-fotodetektorn har ett inbyggt lager infogat mellan P-typ-kontaktlagret och N-typ-kontaktlagret, som visas i figuren, vilket ökar bredden på utarmningsregionen, varigenom fler elektronhålpar utstrålas och en större fotoström bildas, vilket uppvisar utmärkt elektronisk ledningsförmåga. År 2007 använde forskare MBE för att odla lågtemperaturbuffertlager, vilket förbättrade ytjämnheten och övervann gittermatchningen mellan Si och InP. De integrerade InGaAs PIN-strukturer på InP-substrat med hjälp av MOCVD, och enhetens responsivitet var cirka 0,57 A/W. År 2011 använde forskare PIN-fotodetektorer för att utveckla en LiDAR-avbildningsenhet med kort räckvidd för navigering, undvikande av hinder/kollisioner och måldetektering/igenkänning av små obemannade markfordon. Enheten integrerades med ett billigt mikrovågsförstärkarchip, vilket avsevärt förbättrade signal-brusförhållandet hos InGaAs PIN-fotodetektorer. På grundval av detta använde forskare år 2012 denna LiDAR-avbildningsenhet på robotar, med ett detekteringsområde på över 50 meter och en upplösning ökad till 256 × 128.
InGaAs-lavinfotodetektorn är en typ av fotodetektor med förstärkning, som visas i strukturdiagrammet. Elektronhålpar får tillräckligt med energi under inverkan av det elektriska fältet inuti fördubblingsområdet och kolliderar med atomer för att generera nya elektronhålpar, vilket bildar en lavineffekt och fördubblar de icke-jämviktsladdade bärarna i materialet. År 2013 använde forskare MBE för att odla gittermatchade InGaAs- och InAlAs-legeringar på InP-substrat, och modulerade bärarenergi genom förändringar i legeringssammansättning, epitaxiell skikttjocklek och dopning, vilket maximerade elektrochockjoniseringen samtidigt som håljoniseringen minimerades. Under ekvivalent utsignalförstärkning uppvisar APD lågt brus och lägre mörkström. År 2016 konstruerade forskare en 1570 nm laseraktiv avbildningsexperimentell plattform baserad på InGaAs-lavinfotodetektorer. Den interna kretsen förAPD-fotodetektormottagna ekon och direkt mata ut digitala signaler, vilket gör hela enheten kompakt. De experimentella resultaten visas i figur (d) och (e). Figur (d) är ett fysiskt foto av avbildningsmålet, och figur (e) är en tredimensionell avståndsbild. Det kan tydligt ses att fönsterområdet i zon C har ett visst djupavstånd från zon A och B. Denna plattform uppnår en pulsbredd på mindre än 10 ns, justerbar enkelpulsenergi (1-3) mJ, en synfältsvinkel på 2 ° för sändnings- och mottagningslinserna, en repetitionsfrekvens på 1 kHz och en detektorns arbetscykel på cirka 60 %. Tack vare den interna fotoströmsförstärkningen, snabba responsen, den kompakta storleken, hållbarheten och den låga kostnaden för APD kan APD-fotodetektorer uppnå en detektionsfrekvens som är en storleksordning högre än PIN-fotodetektorer. Därför använder den vanliga laserradarn för närvarande huvudsakligen lavinfotodetektorer.