Structar lorgaire dhealbhan InGaAs

Structar deLorgaire dhealbhan InGaA

Bho na 1980n, tha luchd-rannsachaidh aig an taigh agus thall thairis air sgrùdadh a dhèanamh air structar photodetectors InGaAs, a tha gu ìre mhòr air an roinn ann an trì seòrsaichean. Is iad sin InGaAs lorgaire dhealbhan meatailt-Semiconductor-meatailt (MSM-PD), InGaAs PIN Photodetector (PIN-PD), agus InGaAs Avalanche Photodetector (APD-PD). Tha eadar-dhealachaidhean mòra ann am pròiseas saothrachaidh agus cosgais photodetectors InGaAs le diofar structaran, agus tha eadar-dhealachaidhean mòra ann cuideachd ann an coileanadh innealan.

Tha an InGaAs meatailt-semiconductor-meatailtlorgaire dealbh, a chithear ann am Figear (a), na structar sònraichte stèidhichte air snaim Schottky. Ann an 1992, Shi et al. chleachd iad teicneòlas epitaxy ìre ceò meatailt-organach le cuideam ìosal (LP-MOVPE) gus sreathan epitaxy fhàs agus photodetector InGaAs MSM ullachadh, aig a bheil freagairteachd àrd de 0.42 A / W aig tonn-tonn de 1.3 μm agus sruth dorcha nas ìsle na 5.6 pA / μm² aig 1.5 V. Ann an 1996, bha zhang et al. chleachd e epitaxy beam molecular ìre gas (GSMBE) gus an còmhdach epitaxy InAlAs-InGaAs-InP fhàs. Sheall an còmhdach InAlAs feartan resistivity àrd, agus chaidh na suidheachaidhean fàis àrdachadh le tomhas sgaraidh X-ray, gus am biodh an mì-chothromachadh lattice eadar sreathan InGaAs agus InAlAs taobh a-staigh raon 1 × 10⁻³. Bidh seo a’ leantainn gu coileanadh inneal làn-leasaichte le sruth dorcha fo 0.75 pA / μm² aig 10 V agus freagairt luath-ghluasadach suas gu 16 ps aig 5 V. Gu h-iomlan, tha photodetector structar MSM sìmplidh agus furasta a thoirt a-steach, a’ sealltainn sruth dorcha ìosal (pA òrdugh), ach lughdaichidh an dealan meatailt an raon sùghaidh solais èifeachdach den inneal, agus mar sin tha am freagairt nas ìsle na structaran eile.

Bidh an photodetector PIN InGaAs a’ cuir a-steach còmhdach gnèitheach eadar an còmhdach conaltraidh seòrsa P agus an còmhdach conaltraidh seòrsa N, mar a chithear ann am Figear (b), a tha a’ meudachadh leud na roinne ìsleachaidh, agus mar sin a’ cuairteachadh barrachd chàraidean toll-dealain agus a’ cruthachadh a photocurrent nas motha, agus mar sin tha coileanadh giùlan dealanach sàr-mhath aige. Ann an 2007, A.Poloczek et al. chleachd mi MBE gus còmhdach bufair aig teòthachd ìosal fhàs gus garbh an uachdar a leasachadh agus faighinn thairis air a’ mhì-chothromachadh uachdaran eadar Si agus InP. Chaidh MOCVD a chleachdadh gus structar PIN InGaAs fhilleadh a-steach air an t-substrate InP, agus bha freagairteachd an inneil timcheall air 0.57A / W. Ann an 2011, chleachd Saotharlann Rannsachaidh an Airm (ALR) photodetectors PIN gus sgrùdadh a dhèanamh air inneal-ìomhaigh liDAR airson seòladh, seachnadh cnapan-starra / bualadh, agus lorg / comharrachadh targaid raon-goirid airson carbadan talmhainn beaga gun luchd-obrach, amalaichte le chip amplifier microwave cosgais ìosal a tha leasaich e gu mòr an co-mheas comharra-gu-fuaim den photodetector PIN InGaAs. Air a’ bhunait seo, ann an 2012, chleachd ALR an dealbhadair liDAR seo airson innealan-fuadain, le raon lorgaidh nas motha na 50 m agus rùn de 256 × 128.

Na InGaAslorgaire dhealbhan-camarana sheòrsa de photodetector le buannachd, agus tha an structar air a shealltainn ann am Figear (c). Bidh am paidhir toll-dealanach a’ faighinn lùth gu leòr fo ghnìomhachd an raoin dealain taobh a-staigh na roinne dùblachaidh, gus bualadh leis an atom, gineadh paidhrichean toll-dealanach ùra, cruthaich buaidh maoim-sneachda, agus iomadachadh an luchd-giùlan neo-chothromach anns an stuth. . Ann an 2013, chleachd Seòras M MBE gus aloidhean InGaAs agus InAlAs a mhaidseadh leusair air substrate InP, a’ cleachdadh atharrachaidhean ann an co-dhèanamh alloy, tiugh còmhdach epitaxial, agus dopadh gu lùth giùlain atharraichte gus ionachadh electroshock a mheudachadh fhad ‘s a lughdaich e ionachadh tuill. Aig a ’bhuannachd chomharran toraidh co-ionann, tha APD a’ sealltainn fuaim nas ìsle agus sruth dorcha nas ìsle. Ann an 2016, Sun Jianfeng et al. thog e seata de àrd-ùrlar deuchainn ìomhaigh gnìomhach laser 1570 nm stèidhichte air photodetector maoim-sneachda InGaAs. An cuairteachadh a-staigh deLuchdaich a-nuas lorgaire dhealbhan APDfhuair e mac-talla agus cuir a-mach comharran didseatach gu dìreach, a’ dèanamh an inneal gu lèir teann. Tha na toraidhean deuchainneach air an sealltainn ann am FIG. (d) agus (e). Tha Figear (d) na dhealbh corporra den targaid ìomhaigheachd, agus tha Figear (e) na ìomhaigh astar trì-thaobhach. Chithear gu soilleir gu bheil astar doimhneachd sònraichte aig raon na h-uinneige ann an sgìre c le farsaingeachd A agus b. Bidh an àrd-ùrlar a’ toirt a-mach leud cuisle nas lugha na 10 ns, lùth buille singilte (1 ~ 3) mJ a ghabhas atharrachadh, a ’faighinn raon lionsa ceàrn 2 °, tricead ath-aithris de 1 kHz, co-mheas dleastanais lorgaire timcheall air 60%. Taing do bhuannachd photocurrent a-staigh APD, freagairt luath, meud teann, seasmhachd agus cosgais ìosal, faodaidh photodetectors APD a bhith òrdugh meud nas àirde ann an ìre lorgaidh na photodetectors PIN, agus mar sin tha an liDAR gnàthach gnàthach gu ìre mhòr fo smachd photodetectors maoim-sneachda.

Gu h-iomlan, le leasachadh luath air teicneòlas ullachaidh InGaAs aig an taigh agus thall thairis, is urrainn dhuinn MBE, MOCVD, LPE agus teicneòlasan eile a chleachdadh gu sgileil gus còmhdach epitaxial àrd-inbhe InGaAs ullachadh air substrate InP. Tha InGaAs photodetectors a’ nochdadh sruth dorcha ìosal agus freagairteachd àrd, tha an sruth dorcha as ìsle nas ìsle na 0.75 pA / μm², tha an fhreagairt as àirde suas ri 0.57 A / W, agus tha freagairt luath gluasadach aige (òrdugh ps). Bidh leasachadh photodetectors InGaAs san àm ri teachd a’ cuimseachadh air an dà thaobh a leanas: (1) Tha còmhdach epitaxial InGaAs air fhàs gu dìreach air substrate Si. Aig an àm seo, tha a’ mhòr-chuid de na h-innealan microelectronic sa mhargaidh stèidhichte air Si, agus is e an leasachadh aonaichte às deidh sin de InGaAs agus Si stèidhichte an gluasad coitcheann. Tha e deatamach gun tèid duilgheadasan fhuasgladh leithid mì-chothromachadh lattice agus eadar-dhealachadh leudachaidh teirmeach airson sgrùdadh InGaAs/Si; (2) Tha an teicneòlas tonn-tonn 1550 nm air a bhith aibidh, agus is e an tonn-tonn leudaichte (2.0 ~ 2.5) μm an stiùireadh rannsachaidh san àm ri teachd. Le àrdachadh ann an co-phàirtean, bidh an neo-chothromachd leusair eadar substrate InP agus còmhdach epitaxial InGaAs a’ leantainn gu gluasad agus uireasbhaidhean nas miosa, agus mar sin feumar paramadairean pròiseas an inneil a bharrachadh, na h-uireasbhaidhean leusair a lughdachadh, agus an inneal a lughdachadh sruth dorcha.