최근 고감도 애벌랜치 광검출기의 발전

최근 발전 사항고감도 애벌랜치 광검출기

상온 고감도 1550 nm애벌랜치 광다이오드 검출기

근적외선(SWIR) 대역에서 고감도 고속 애벌랜치 다이오드는 광전자 통신 및 LiDAR 응용 분야에 널리 사용됩니다. 그러나 현재 인듐 갈륨 비소 애벌랜치 항복 다이오드(InGaAs APD)가 주를 이루는 근적외선 애벌랜치 광다이오드(APD)는 기존의 증폭기 영역 재료인 인듐 인화물(InP)과 인듐 알루미늄 비소(InAlAs)의 무작위 충돌 이온화 잡음으로 인해 소자의 감도가 크게 저하되는 한계를 가지고 있습니다. 수년간 많은 연구자들이 InGaAs 및 InP 광전자 플랫폼 공정과 호환되면서 벌크 실리콘 재료와 유사한 초저충돌 이온화 잡음 성능을 갖는 새로운 반도체 재료를 적극적으로 연구해 왔습니다.

혁신적인 1550nm 애벌랜치 광다이오드 검출기는 LiDAR 시스템 개발에 도움을 줍니다.

영국과 미국의 연구팀이 최초로 초고감도 1550nm APD 광검출기를 개발하는 데 성공했습니다.눈사태 광검출기이는 라이다 시스템 및 기타 광전자 응용 분야의 성능을 크게 향상시킬 것으로 기대되는 획기적인 기술입니다.

새로운 소재는 중요한 이점을 제공합니다.

이 연구의 핵심은 혁신적인 재료 활용입니다. 연구진은 흡수층으로 GaAsSb를, 증폭층으로 AlGaAsSb를 선택했습니다. 이러한 설계는 기존의 InGaAs/InP와는 다르며 상당한 이점을 제공합니다.

1. GaAsSb 흡수층: GaAsSb는 InGaAs와 유사한 흡수 계수를 가지며, GaAsSb 흡수층에서 AlGaAsSb(증폭층)로의 전이가 용이하여 트랩 효과를 줄이고 소자의 속도 및 흡수 효율을 향상시킵니다.

2. AlGaAsSb 승산층: AlGaAsSb 승산층은 기존의 InP 및 InAlAs 승산층보다 성능이 우수합니다. 이는 주로 상온에서의 높은 이득, 높은 대역폭 및 초저잡음 특성에서 나타납니다.

뛰어난 성과 지표를 바탕으로

새로운APD 광검출기(애벌랜치 광다이오드 검출기)는 성능 지표에서도 상당한 개선을 제공합니다.

1. 초고이득: 상온에서 278의 초고이득을 달성했으며, 최근 진샤오 박사가 구조 최적화 및 공정을 개선하여 최대 이득을 M=1212까지 높였습니다.

2. 매우 낮은 잡음: 매우 낮은 초과 잡음을 나타냅니다(F < 3, 이득 M = 70; F<4, 이득 M=100).

3. 높은 양자 효율: 최대 이득 조건에서 양자 효율은 5935.3%에 달합니다. 뛰어난 온도 안정성: 저온에서의 항복 감도는 약 11.83mV/K입니다.

그림 1. APD의 과도한 잡음광검출기 장치다른 APD 광검출기와 비교했을 때

폭넓은 응용 가능성

이 새로운 APD는 LiDAR 시스템 및 광자 응용 분야에 중요한 의미를 갖습니다.

1. 향상된 신호 대 잡음비: 높은 이득과 낮은 잡음 특성은 신호 대 잡음비를 크게 향상시켜주며, 이는 온실가스 모니터링과 같이 광자가 부족한 환경에서의 응용 분야에 매우 중요합니다.

2. 뛰어난 호환성: 새로운 APD 광검출기(애벌랜치 광검출기)는 현재의 인듐인화물(InP) 광전자 플랫폼과 호환되도록 설계되어 기존 상용 통신 시스템과의 원활한 통합을 보장합니다.

3. 높은 작동 효율: 복잡한 냉각 장치 없이 상온에서 효율적으로 작동할 수 있어 다양한 실제 응용 분야에 쉽게 적용할 수 있습니다.

이 새로운 1550nm SACM APD 광검출기(애벌랜치 광검출기)의 개발은 해당 분야에 있어 중대한 돌파구를 마련했습니다. 기존 APD 광검출기 설계에서 나타나는 과도한 잡음과 이득 대역폭 문제 등 주요 한계를 해결합니다. 이 혁신은 특히 무인 LiDAR 시스템을 비롯한 LiDAR 시스템의 성능을 크게 향상시킬 것으로 기대되며, 자유 공간 통신 분야에도 적용될 수 있습니다.