초록 : 눈사태 광 검출기의 기본 구조 및 작업 원리 (APD 광 검출기)가 도입되고, 장치 구조의 진화 과정이 분석되고, 현재 연구 상태가 요약되고, APD의 향후 개발이 전향 적으로 연구된다.
1. 소개
광 검출기는 광 신호를 전기 신호로 변환하는 장치입니다. a반도체 광 검출기, 입사 광자에 의해 여기 된 광 발성 캐리어는 적용된 바이어스 전압 하에서 외부 회로로 들어가고 측정 가능한 광전류를 형성한다. 최대 응답 성에서도 핀 포토 다이오드는 최대 한 쌍의 전자 구멍 쌍만 생성 할 수 있으며, 이는 내부 이득이없는 장치입니다. 더 큰 반응을 위해, APD (Avalanche Photodiode)를 사용할 수 있습니다. 광전류에 대한 APD의 증폭 효과는 이온화 충돌 효과에 기초합니다. 특정 조건에서, 가속화 된 전자 및 구멍은 격자와 충돌하기에 충분한 에너지를 얻어 새로운 전자 구멍 쌍을 생성 할 수있다. 이 과정은 연쇄 반응으로, 광 흡수에 의해 생성 된 전자 구멍 쌍 쌍이 다수의 전자 구멍 쌍을 생성하고 큰 2 차 광전류를 형성 할 수 있도록한다. 따라서 APD는 높은 응답 성과 내부 이득을 가지므로 장치의 신호 대 잡음비를 향상시킵니다. APD는 주로 수신 된 광 전력에 대한 다른 한계가있는 장거리 또는 작은 광섬유 통신 시스템에서 사용됩니다. 현재, 많은 광학 장치 전문가들은 APD의 전망에 대해 매우 낙관적이며 관련 분야의 국제 경쟁력을 향상시키기 위해 APD의 연구가 필요하다고 생각합니다.
2. 기술 개발눈사태 광 검출기(APD 광 검출기)
2.1 재료
(1)Si 광 검출기
SI 재료 기술은 미세 전자 분야에서 널리 사용되는 성숙한 기술이지만, 광학 통신 분야에서 일반적으로 허용되는 1.31mm 및 1.55mm의 파장 범위에서 장치의 준비에 적합하지 않습니다.
(2) GE
GE APD의 스펙트럼 반응은 광섬유 전송에서 낮은 손실 및 낮은 분산의 요구 사항에 적합하지만, 준비 과정에서 큰 어려움이있다. 또한 GE의 전자 및 구멍 이온화 속도 비율은 () 1에 가깝기 때문에 고성능 APD 장치를 준비하기가 어렵습니다.
(3) IN0.53GA0.47AS/INP
APD 및 INP의 광 흡수 층으로서 IN0.53GA0.47AS를 승수 층으로 선택하는 효과적인 방법입니다. IN0.53GA0.47AS 재료의 흡수 피크는 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm 파장은 약 104cm-1 높은 흡수 계수이며, 이는 현재 광 검출기의 흡수 층에 선호되는 재료입니다.
(4)Ingaas 광 검출기/안에광 검출기
INGAASP를 광 흡수 층으로 선택하고 승수 층으로 INP를 선택함으로써, 1-1.4mm의 응답 파장, 높은 양자 효율, 낮은 암 전류 및 높은 눈사태 이득을 갖는 APD를 준비 할 수있다. 다른 합금 성분을 선택함으로써 특정 파장에 가장 적합한 성능이 달성됩니다.
(5) Ingaas/Inalas
IN0.52AL0.48AS 재료는 밴드 갭 (1.47EV)을 가지며 1.55mm의 파장 범위에서 흡수되지 않습니다. 얇은 IN0.52AL0.48AS 에피 택셜 층이 순수한 전자 주입 조건 하에서 승수 층으로서 INP보다 더 나은 특성을 얻을 수 있다는 증거가있다.
(6) ingaas/ingaas (p)/inalas 및 ingaas/in (al) gaas/inalas
재료의 충격 이온화 속도는 APD의 성능에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 결과는 ingaas (p) /inalas 및 (al) gaas /inalas superlattice 구조를 도입함으로써 승수 층의 충돌 이온화 속도가 개선 될 수 있음을 보여준다. Superlattice 구조를 사용함으로써, 밴드 엔지니어링은 전도 대역과 원자가 밴드 값 사이의 비대칭 밴드 에지 불연속성을 인위적으로 제어 할 수 있으며, 전도 대역 불연속성이 원자가 밴드 불연속 (Δec >> Δev)보다 훨씬 크게 보장 할 수있다. Ingaas 벌크 재료와 비교하여, Ingaas/Inalas Quantum 우물 전자 이온화 속도 (a)는 상당히 증가하고 전자와 구멍은 추가 에너지를 얻는다. ΔEC >> ΔEV로 인해, 전자에 의해 얻은 에너지는 전자 이온화 속도를 구멍 이온화 속도 (B)에 대한 구멍 에너지의 기여보다 훨씬 더 많이 증가시킬 것으로 예상 될 수있다. 전자 이온화 속도 대 홀 이온화 속도의 비율 (k)이 증가한다. 따라서, 고출력 구조를 적용하여 높은 게인 대역폭 제품 (GBW) 및 저음 성능을 얻을 수 있습니다. 그러나, k 값을 증가시킬 수있는이 ingaas/inalas Quantum Well Structure APD는 광학 수신기에 적용하기 어렵다. 이는 최대 응답 성에 영향을 미치는 승수 계수가 승수 노이즈가 아닌 암 전류에 의해 제한되기 때문입니다. 이 구조에서, 암 전류는 주로 좁은 밴드 갭을 갖는 Ingaas 우물 층의 터널링 효과에 의해 야기되므로, 양자 우물 구조의 웰 층이 어두운 전류를 억제 할 수있는 잉가 아스 대신 ingaasp 또는 inalgaas와 같은 넓은 대역 간격 4 차 합금을 도입한다.
후 시간 : 11 월 13 일