Das Prinzip und die gegenwärtige Situation vonAvalanche -Fotodetektor (APD -Fotodetektor) Teil zwei
2.2 APD -Chipstruktur
Angemessene Chipstruktur ist die grundlegende Garantie für Hochleistungsgeräte. Die strukturelle Gestaltung von APD betrachtet hauptsächlich die RC -Zeit konstant, die Lochabdeckung bei Heteroübergang, Trägertransitzeit durch Depletionsregion und so weiter. Die Entwicklung seiner Struktur ist nachstehend zusammengefasst:
(1) Grundstruktur
Die einfachste APD-Struktur basiert auf der Pin-Photodiode, der P-Region und der N-Region werden stark dotiert, und der doppelt Repellantikbereich vom Typ N-Typ oder P wird in der benachbarten P-Region oder N-Region eingeführt, um sekundäre Elektronen und Lochpaare zu erzeugen, um die Amplifikation des primären Photokurents zu realisieren. Für Materialien der INP-Serie, da der Ionisationskoeffizient der Lochwirkung größer ist als der Ionisationskoeffizient der Elektronenwirkung, wird die Verstärkungsregion der N-Typ-Dotierung normalerweise in der P-Region platziert. In einer idealen Situation werden nur Löcher in den Verstärkungsbereich injiziert, sodass diese Struktur als Loch-injizierte Struktur bezeichnet wird.
(2) Absorption und Verstärkung werden unterschieden
Aufgrund der breiten Bandlückeneigenschaften von INP (INP beträgt 1,35EV und IngaAs 0,75EV), wird INP normalerweise als Verstärkungszonenmaterial und IngaAs als Absorptionszonenmaterial verwendet.
(3) Die Absorptions-, Gradienten- und Verstärkungsstrukturen (SAGM) werden jeweils vorgeschlagen
Gegenwärtig verwenden die meisten kommerziellen APD -Geräte INP/INGAAS -Material, InGaAs als Absorptionsschicht, INP unter hohem elektrischem Feld (> 5x105 V/cm) ohne Aufschlüsselung, können als Verstärkungszonenmaterial verwendet werden. Für dieses Material ist das Design dieses APD, dass der Lawinenprozess im N-Typ durch die Kollision von Löchern gebildet wird. In Anbetracht des großen Unterschieds in der Bandlücke zwischen INP und INGAAs lässt der Energieniveaudifferenz von etwa 0,4 EV im Valenzband die in der InGaAS -Absorptionsschicht erzeugten Löcher am Heterojunction -Rand obligiert, bevor er die INP -Multiplikatorschicht erreicht und die Geschwindigkeit stark reduziert wird, was zu einer langen Reaktionszeit und einer schmalen Bandbreite dieses APD führt. Dieses Problem kann gelöst werden, indem zwischen den beiden Materialien eine Ingaasp -Übergangsschicht hinzugefügt wird.
(4) Die Absorptions-, Gradienten-, Ladungs- und Gewinnstrukturen (SAGCM) werden jeweils vorgeschlagen
Um die elektrische Feldverteilung der Absorptionsschicht und der Verstärkungsschicht weiter anzupassen, wird die Ladungsschicht in das Gerätedesign eingeführt, was die Geschwindigkeit und Reaktionsfähigkeit der Geräte erheblich verbessert.
(5) Resonator Enhanced (RCE) SAGCM -Struktur
In der obigen optimalen Konstruktion herkömmlicher Detektoren müssen wir uns der Tatsache stellen, dass die Dicke der Absorptionsschicht ein widersprüchlicher Faktor für die Geschwindigkeit und die Quanteneffizienz der Geräte ist. Die dünne Dicke der absorbierenden Schicht kann die Trägertransitzeit verkürzen, sodass eine große Bandbreite erhalten werden kann. Gleichzeitig muss die Absorptionsschicht eine ausreichende Dicke aufweisen, um eine höhere Quanteneffizienz zu erzielen. Die Lösung für dieses Problem kann die RCE -Struktur der Resonanzhöhle (RCE) sein, dh der verteilte Bragg -Reflektor (DBR) ist unten und oben auf dem Gerät ausgelegt. Der DBR -Spiegel besteht aus zwei Arten von Materialien mit niedrigem Brechungsindex und hohem Brechungsindex in der Struktur, und die beiden wachsen abwechselnd, und die Dicke jeder Schicht trifft auf die einfallende Lichtwellenlänge 1/4 im Halbleiter. Die Resonatorstruktur des Detektors kann die Geschwindigkeitsanforderungen erfüllen, die Dicke der Absorptionsschicht kann sehr dünn gemacht werden und die Quanteneffizienz des Elektrons wird nach mehreren Reflexionen erhöht.
(6) Kantengekoppelte Wellenleiterstruktur (WG-APD)
Eine andere Lösung zur Lösung des Widerspruchs verschiedener Auswirkungen der Absorptionsschichtdicke auf die Geschwindigkeit der Geräte und die Quanteneffizienz besteht darin, Kanten-gekoppelte Wellenleiterstruktur einzuführen. Diese Struktur tritt von der Seite in Licht ein, da die Absorptionsschicht sehr lang ist. Es ist einfach, eine hohe Quanteneffizienz zu erzielen, und gleichzeitig kann die Absorptionsschicht sehr dünn gemacht werden, wodurch die Trägertransitzeit verkürzt werden kann. Daher löst diese Struktur die unterschiedliche Abhängigkeit von Bandbreite und Effizienz von der Dicke der Absorptionsschicht und wird voraussichtlich eine hohe Rate und eine hohe Quanteneffizienz -APD erreichen. Der Prozess des WG-APD ist einfacher als der von RCE APD, der den komplizierten Vorbereitungsprozess des DBR-Spiegels beseitigt. Daher ist es im praktischen Bereich machbarer und für die optische Verbindung für gemeinsame Ebenen geeignet.
3. Schlussfolgerung
Die Entwicklung der LawineFotodetektorMaterialien und Geräte werden überprüft. Die Ionisationsraten der Elektronen- und Lochkollisionsrate von INP -Materialien liegen in der Nähe der von Inalas, was zum doppelten Prozess der beiden Trägersymbionen führt, wodurch die Bauzeit der Lawine länger und das Geräusch zunimmt. Im Vergleich zu reinen Inalas -Materialien haben InGaAs (P) /Inalas und in (Al) GaAs /Inalas -Quantenbrunnenstrukturen ein erhöhtes Verhältnis von Kollisionionenkoeffizienten, sodass die Rauschleistung stark verändert werden kann. In Bezug auf die Struktur werden die SAGCM-Struktur (Resonator Enhanced) und die Kanten-gekoppelte Wellenleiterstruktur (WG-APD) entwickelt, um die Widersprüche unterschiedlicher Auswirkungen der Absorptionsschichtdicke auf die Geschwindigkeit der Geräte und die Quanteneffizienz zu lösen. Aufgrund der Komplexität des Prozesses muss die vollständige praktische Anwendung dieser beiden Strukturen weiter untersucht werden.
Postzeit: Nov.-14-2023