원리와 현재 상황눈사태 광 검출기 (APD 광 검출기) 2 부
2.2 APD 칩 구조
합리적인 칩 구조는 고성능 장치의 기본 보장입니다. APD의 구조 설계는 주로 이종 접합에서의 RC 시간 상수, 홀 캡처, 고갈 영역을 통한 캐리어 운송 시간 등을 고려합니다. 구조의 개발은 다음과 같이 요약되어 있습니다.
(1) 기본 구조
가장 간단한 APD 구조는 핀 포토 다이오드에 기초하고, P 영역 및 N 영역은 크게 도핑되며, N- 타입 또는 P 형 이중 반복 된 영역은 인접한 P 영역 또는 N 영역에 도입되어 2 차 전자 및 홀 쌍을 생성하여 1 차 광전류의 증폭을 실현합니다. INP 시리즈 재료의 경우, 구멍 충격 이온화 계수가 전자 충격 이온화 계수보다 크기 때문에, N- 타입 도핑의 게인 영역은 일반적으로 p 영역에 배치된다. 이상적인 상황에서는 구멍만이 게인 영역에 주입 되므로이 구조를 구멍이 주입 된 구조라고합니다.
(2) 흡수와 게인이 구별됩니다
INP의 와이드 밴드 갭 특성 (INP는 1.35EV이고 Ingaas는 0.75EV)으로 인해, INP는 일반적으로 게인 구역 재료로, 흡수 영역 재료로서 잉 가아로 사용된다.
(3) 흡수, 구배 및 이득 (SAGM) 구조가 각각 제안됩니다.
현재, 대부분의 상업용 APD 장치는 Inp/Ingaas 재료를 흡수 층으로 사용하고 고해상도가없는 고 전기장 (> 5x105v/cm)의 INP는 게인 구역 재료로 사용될 수 있습니다. 이 재료의 경우,이 APD의 설계는 눈사태 과정이 구멍 충돌에 의해 N 형 INP에 형성된다는 것입니다. INP와 Ingaas 사이의 밴드 갭의 큰 차이를 고려할 때, 원자가 밴드에서 약 0.4eV의 에너지 수준 차이는 INP 승수 층에 도달하기 전에 이종 접합 에지에서 방해받는 Ingaas 흡수 층에서 생성 된 구멍이 크게 줄어들어이 APD의 긴 응답 시간을 초래 하고이 APD의 좁은 대역계를 좁 힙니다. 이 문제는 두 재료 사이에 Ingaasp 전환층을 추가하여 해결할 수 있습니다.
(4) 흡수, 구배, 전하 및 이득 (SAGCM) 구조가 각각 제안됩니다.
흡수 층 및 게인 층의 전기장 분포를 추가로 조정하기 위해 전하 층이 장치 설계에 도입되어 장치 속도 및 응답 성을 크게 향상시킵니다.
(5) 공진기 향상 (RCE) SAGCM 구조
전통적인 감지기의 위의 최적 설계에서, 우리는 흡수 층의 두께가 장치 속도 및 양자 효율의 모순 요인이라는 사실에 직면해야합니다. 흡수 층의 얇은 두께는 캐리어 전송 시간을 줄일 수 있으므로 큰 대역폭을 얻을 수 있습니다. 그러나, 동시에, 더 높은 양자 효율을 얻기 위해, 흡수 층은 충분한 두께를 가져야한다. 이 문제에 대한 해결책은 공진 캐비티 (RCE) 구조 일 수 있습니다. 즉, 분산 브래그 반사기 (DBR)는 장치의 하단과 상단에 설계되었습니다. DBR 미러는 구조가 낮은 굴절률과 높은 굴절률을 갖는 두 종류의 재료로 구성되며, 두 층의 두께는 반도체에서 입사 광 파장 1/4를 충족시킨다. 검출기의 공진기 구조는 속도 요구 사항을 충족 할 수 있고, 흡수 층의 두께는 매우 얇아 질 수 있으며, 여러 반사 후 전자의 양자 효율이 증가합니다.
(6) 에지가 결합 된 도파관 구조 (WG-APD)
장치 속도 및 양자 효율에 대한 흡수 층 두께의 상이한 효과의 모순을 해결하기위한 또 다른 솔루션은 에지-결합 도파관 구조를 도입하는 것이다. 이 구조는 흡수 층이 매우 길고, 높은 양자 효율을 얻기 쉽기 때문에,이 구조는 측면에서 빛으로 들어가며, 동시에 흡수 층을 매우 얇게 만들어 캐리어 전송 시간을 줄일 수 있습니다. 따라서,이 구조는 흡수 층의 두께에 대한 대역폭의 상이한 의존성과 효율성을 해결하고, 높은 속도 및 고자력 효율 APD를 달성 할 것으로 예상된다. WG-APD의 과정은 RCE APD의 과정보다 간단하여 DBR 미러의 복잡한 준비 과정을 제거합니다. 따라서 실제 필드에서는 더 실현 가능하며 일반적인 평면 광학 연결에 적합합니다.
3. 결론
눈사태의 발전광 검출기재료 및 장치가 검토됩니다. INP 재료의 전자 및 구멍 충돌 이온화 속도는 Inalas의 전자 충돌 속도에 가깝게 이루어지며, 이는 두 캐리어 공생의 이중 공정으로 이어져 눈사태 건물의 시간이 길어지고 소음이 증가합니다. 순수한 Inalas 재료와 비교하여 Ingaas (P) /Inalas 및 (Al) Gaas /Inalas Quantum Well 구조는 충돌 이온화 계수의 비율이 증가하므로 노이즈 성능을 크게 변경할 수 있습니다. 구조의 관점에서, 공진기 향상 (RCE) SAGCM 구조 및 Edge-Coupled Waveguide 구조 (WG-APD)는 장치 속도 및 양자 효율에 대한 흡수 층 두께의 다른 영향의 모순을 해결하기 위해 개발된다. 프로세스의 복잡성으로 인해이 두 구조의 전체 실질적인 적용을 추가로 탐색해야합니다.
후 시간 : 11 월 14 일