Estructura del fotodetector de Ingaas

Estructura deFotodetector de Ingaas

Desde la década de 1980, los investigadores en el hogar y en el extranjero han estudiado la estructura de los fotodetectores de Ingaas, que se dividen principalmente en tres tipos. Son fotodetector de metal-semiconductor-metal Ingaas (MSM-PD), fotodetector de pin Ingaas (PIN-PD) y Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD). Existen diferencias significativas en el proceso de fabricación y el costo de los fotodetectores de Ingaas con diferentes estructuras, y también hay grandes diferencias en el rendimiento del dispositivo.

El Ingaas Metal-Semiconductor-Metalfotodetector, que se muestra en la figura (a), es una estructura especial basada en la unión Schottky. En 1992, Shi et al. Se utilizó la tecnología de epitaxia de fase de vapor de vapor de baja presión (LP-MOVPE) para cultivar capas de epitaxia y preparó un fotodetector de MSM Ingaas, que tiene una alta capacidad de respuesta de 0.42 A/ W en una longitud de onda de 1.3 μm y una corriente oscura inferior a 5.6 PA/ μm² a 1.5 V. en 1996, Zhang et al. usó la epitaxia de haz molecular de fase gaseosa (GSMBE) para cultivar la capa de epitaxia inalas-engaas-INP. La capa de inalas mostró características de alta resistividad, y las condiciones de crecimiento se optimizaron mediante la medición de difracción de rayos X, de modo que el desajuste de la red entre las capas INGAA e INALAS estaba dentro del rango de 1 × 10⁻³. Esto da como resultado un rendimiento optimizado del dispositivo con una corriente oscura por debajo de 0.75 PA/μm² a 10 V y una respuesta transitoria rápida de hasta 16 ps a 5 V. En general, el fotodetector de estructura MSM es simple y fácil de integrar, mostrando una corriente oscura baja (orden de PA), pero el electrodo metálico reducirá el área de absorción de luz efectiva del dispositivo, por lo que la respuesta es más baja que otras estructuras.

El fotodetector de pin Ingaas inserta una capa intrínseca entre la capa de contacto de tipo P y la capa de contacto de tipo N, como se muestra en la Figura (b), que aumenta el ancho de la región de agotamiento, por lo tanto, irradiando más pares de agujeros de electrones y formando una fotocurrente más grande, por lo que tiene un excelente rendimiento de conducción de electrones. En 2007, A. Poloczek et al. Usó MBE para cultivar una capa de tampón a baja temperatura para mejorar la rugosidad de la superficie y superar el desajuste de la red entre SI e INP. MOCVD se usó para integrar la estructura del pin Ingaas en el sustrato INP, y la capacidad de respuesta del dispositivo fue de aproximadamente 0,57A /W. En 2011, el Laboratorio de Investigación del Ejército (ALR) utilizó fotodetectores PIN para estudiar un generador de imágenes LiDAR para navegación, evitación de obstáculos/colisiones y detección/identificación de objetivos de corto alcance para pequeños vehículos de tierra no tripulados, integrados con un chip de amplificador de microondas de bajo costo que mejoró significativamente la relación de señal a la noganza del fotodetector de fotodetector de Ingaas. Sobre esta base, en 2012, ALR usó este Lidar Imager para robots, con un rango de detección de más de 50 my una resolución de 256 × 128.

El Ingaasfotodetector de avalanchaes un tipo de fotodetector con ganancia, cuya estructura se muestra en la figura (c). El par de electrones obtiene suficiente energía bajo la acción del campo eléctrico dentro de la región de duplicación, para colisionar con el átomo, generar nuevos pares de electrones, formar un efecto de avalancha y multiplicar los portadores de no equilibrio en el material. En 2013, George M usó MBE para cultivar aleaciones de Ingaas e Inalas coincidentes en un sustrato INP, utilizando cambios en la composición de la aleación, el espesor de la capa epitaxial y el dopaje a la energía de portador modulada para maximizar la ionización del electrohock mientras minimiza la ionización del orificio. En la ganancia de señal de salida equivalente, APD muestra un ruido más bajo y una corriente oscura más baja. En 2016, Sun Jianfeng et al. construyó un conjunto de plataforma experimental de imágenes activas láser de 1570 nm basada en el fotodetector de avalancha de Ingaas. El circuito interno deFotodetector APDRecibió Echoes y emiten directamente las señales digitales, haciendo que todo el dispositivo compacto. Los resultados experimentales se muestran en la Fig. (d) y (e). La figura (d) es una foto física del objetivo de imagen, y la figura (e) es una imagen de distancia tridimensional. Se puede ver claramente que el área de la ventana del Área C tiene una cierta distancia de profundidad con el Área A y B. La plataforma realiza un ancho de pulso inferior a 10 ns, energía de pulso único (1 ~ 3) MJ ajustable, recibiendo un ángulo de campo de lente de 2 °, frecuencia de repetición de 1 kHz, relación de servicio de detector de aproximadamente 60%. Gracias a la ganancia de fotocorriente interna de APD, la respuesta rápida, el tamaño compacto, la durabilidad y el bajo costo, los fotodetectores APD pueden ser un orden de magnitud más alto en la velocidad de detección que los fotodetectores de pin, por lo que el lidar corriente corriente está dominado principalmente por fotodetectores de avalancha.

En general, con el rápido desarrollo de la tecnología de preparación de Ingaas en el hogar y en el extranjero, podemos usar hábilmente MBE, MOCVD, LPE y otras tecnologías para preparar una capa epitaxial INPAAS de alta calidad de alta calidad en sustrato INP. Los fotodetectores de Ingaas exhiben una baja corriente oscura y alta capacidad de respuesta, la corriente oscura más baja es inferior a 0.75 PA/μm², la capacidad de respuesta máxima es de hasta 0.57 A/W y tiene una respuesta transitoria rápida (orden PS). El desarrollo futuro de los fotodetectores de Ingaas se centrará en los siguientes dos aspectos: (1) La capa epitaxial de Ingaas se cultiva directamente en el sustrato SI. En la actualidad, la mayoría de los dispositivos microelectrónicos en el mercado están basados ​​en SI, y el desarrollo integrado posterior de Ingaas y SI basado en SI es la tendencia general. Resolver problemas como la desajuste de la red y la diferencia de coeficiente de expansión térmica es crucial para el estudio de InGaaS/SI; (2) La tecnología de longitud de onda de 1550 nm ha sido madura, y la longitud de onda extendida (2.0 ~ 2.5) μm es la dirección de investigación futura. Con el aumento de los componentes en los componentes, el desajuste de la red entre el sustrato INP y la capa epitaxial de IngaaS conducirá a una dislocación y defectos más graves, por lo que es necesario optimizar los parámetros del proceso del dispositivo, reducir los defectos del celtez y reducir la corriente oscura del dispositivo.