Resumen: La estructura básica y el principio de funcionamiento del fotodetector de avalancha (Fotodetector APD) se introducen, se analiza el proceso de evolución de la estructura del dispositivo, se resume el estado de investigación actual y se estudia el desarrollo futuro de APD.
1. Introducción
Un fotodetector es un dispositivo que convierte las señales de luz en señales eléctricas. Enfotodetector de semiconductores, el portador de fotón de fotón excitado por el fotón incidente ingresa al circuito externo bajo el voltaje de polarización aplicada y forma una fotocorriente medible. Incluso con la máxima capacidad de respuesta, un fotodiodo PIN solo puede producir un par de pares de electrones como máximo, que es un dispositivo sin ganancia interna. Para una mayor capacidad de respuesta, se puede usar un fotodiodo de avalancha (APD). El efecto de amplificación de APD en la fotocorriente se basa en el efecto de colisión de ionización. Bajo ciertas condiciones, los electrones y agujeros acelerados pueden obtener suficiente energía para colisionar con la red para producir un nuevo par de pares de electrones. Este proceso es una reacción en cadena, de modo que el par de pares de electrones generados por absorción de luz puede producir una gran cantidad de pares de electrones y formar una gran fotocorriente secundaria. Por lo tanto, APD tiene una alta capacidad de respuesta y ganancia interna, lo que mejora la relación señal / ruido del dispositivo. APD se utilizará principalmente en sistemas de comunicación de fibra óptica de larga distancia o más pequeños con otras limitaciones en la potencia óptica recibida. En la actualidad, muchos expertos en dispositivos ópticos son muy optimistas sobre las perspectivas de APD, y creen que la investigación de APD es necesaria para mejorar la competitividad internacional de los campos relacionados.
2. Desarrollo técnico defotodetector de avalancha(Photodetector APD)
2.1 Materiales
(1)Fotodetector de SI
La tecnología de material SI es una tecnología madura que se usa ampliamente en el campo de la microelectrónica, pero no es adecuada para la preparación de dispositivos en el rango de longitud de onda de 1.31 mm y 1.55 mm que generalmente se aceptan en el campo de la comunicación óptica.
(2) GE
Aunque la respuesta espectral de GE APD es adecuada para los requisitos de baja pérdida y baja dispersión en la transmisión de fibra óptica, existen grandes dificultades en el proceso de preparación. Además, la relación de tasa de ionización de electrones y agujeros de GE está cerca de () 1, por lo que es difícil preparar dispositivos APD de alto rendimiento.
(3) IN0.53GA0.47As/INP
Es un método efectivo para seleccionar IN0.53GA0.47As como la capa de absorción de luz de APD e INP como la capa multiplicadora. El pico de absorción del material IN0.53GA0.47AS es 1.65 mm, 1.31 mm y longitud de onda de 1.55 mm es de aproximadamente 104 cm-1 coeficiente de absorción de alto, que es el material preferido para la capa de absorción de detector de luz en la actualidad.
(4)Fotodetector de Ingaas/Enfotodetector
Al seleccionar Ingaasp como la capa de absorción de luz e INP como la capa multiplicadora, se puede preparar APD con una longitud de onda de respuesta de 1-1.4 mm, alta eficiencia cuántica, corriente oscura baja y ganancia de avalancha alta. Al seleccionar diferentes componentes de aleación, se logra el mejor rendimiento para longitudes de onda específicas.
(5) Ingaas/Inalas
IN0.52Al0.48AS El material tiene un espacio de banda (1.47EV) y no absorbe en el rango de longitud de onda de 1.55 mm. Existe evidencia de que la capa epitaxial delgada en 0.52al0.48As puede obtener mejores características de ganancia que INP como una capa multiplicadora bajo la condición de inyección de electrones puro.
(6) Ingaas/Ingaas (P)/Inalas e Ingaas/In (Al) Gaas/Inalas
La tasa de ionización de impacto de los materiales es un factor importante que afecta el rendimiento de APD. Los resultados muestran que la tasa de ionización de colisión de la capa multiplicadora se puede mejorar introduciendo InGaaS (P) /inalas y en (Al) estructuras de superlatía GaAs /Inalas. Mediante el uso de la estructura de superlatificación, la ingeniería de la banda puede controlar artificialmente la discontinuidad del borde de la banda asimétrica entre la banda de conducción y los valores de la banda de valencia, y garantizar que la discontinuidad de la banda de conducción sea mucho mayor que la discontinuidad de la banda de valencia (ΔEC >> ΔEV). En comparación con los materiales a granel de Ingaas, la tasa de ionización electrónica de pozos cuánticos INGAA/inalas (A) aumenta significativamente, y los electrones y los agujeros obtienen energía adicional. Debido a ΔEC >> ΔEV, se puede esperar que la energía obtenida por los electrones aumente la velocidad de ionización de electrones mucho más que la contribución de la energía de la energía del orificio a la tasa de ionización del agujero (B). La relación (k) de la tasa de ionización de electrones a la tasa de ionización del orificio aumenta. Por lo tanto, se pueden obtener un producto de alta ganancia de ancho de banda (GBW) y un bajo rendimiento de ruido aplicando estructuras de superlatción. Sin embargo, esta APD de estructura de pozo cuántico Ingaas/inalas, que puede aumentar el valor de K, es difícil de aplicar a los receptores ópticos. Esto se debe a que el factor multiplicador que afecta la capacidad de respuesta máxima está limitada por la corriente oscura, no por el ruido multiplicador. En esta estructura, la corriente oscura es causada principalmente por el efecto de túnel de la capa de pozo Ingaas con una brecha de banda estrecha, por lo que la introducción de una aleación cuaternaria de brecha de banda ancha, como Ingaasp o Inalgaas, en lugar de Ingaas como la capa de pozo de la estructura de pozo cuantio puede suprimir la corriente oscura.
Tiempo de publicación: noviembre-13-2023