Ingaas 광 검출기의 구조

의 구조Ingaas 광 검출기

1980 년대 이래로 국내외의 연구원들은 Ingaas Photodectors의 구조를 연구했으며, 이는 주로 세 가지 유형으로 나뉩니다. 그것들은 Ingaas Metal-Semiconductor-Metal Photodetector (MSM-PD), Ingaas 핀 포토 디터 (PIN-PD) 및 Ingaas Avalanche Photodetector (APD-PD)입니다. 구조가 다른 Ingaas 광 검출기의 제조 공정 및 비용에는 상당한 차이가 있으며 장치 성능에 큰 차이가 있습니다.

Ingaas 금속 세미 도체-금속광 검출기그림 (a)에 표시된 것은 Schottky Junction을 기반으로하는 특수 구조입니다. 1992 년 Shi et al. 에피 택시 층을 성장시키기 위해 저압 금속 유기 증기 상 에피 택시 기술 (LP-MOVPE)을 사용하여 1.3 μm의 파장에서 0.42 a/ w의 높은 반응성을 갖고 1996 년 1.5 V에서 5.6 pa/ μm²보다 낮은 암 전류. 가스 상 분자 빔 에피 택시 (GSMBE)를 사용하여 inalas-ingaas-inp 에피 택시 층을 성장시켰다. INALAS 층은 높은 저항 특성을 나타내었고, 성장 조건은 X- 선 회절 측정에 의해 최적화되어 Ingaas와 Inalas 층 간의 격자 불일치가 1 × 10 ³ 범위 내에 있었다. 이로 인해 10V에서 0.75 PA/μm² 미만의 암흑 전류 및 5V에서 최대 16ps의 빠른 과도 응답으로 최적화 된 장치 성능을 초래합니다. 전체적으로 MSM 구조 광 검출기는 간단하고 통합하기 쉬우므로 낮은 어두운 전류 (PA 차수)를 보여 주지만 금속 전극은 장치의 효과적인 광 흡수 영역을 감소시킬 것이므로 다른 구조보다 낮습니다.

Ingaas 핀 광 검출기는 그림 (b)에 도시 된 바와 같이, p- 타입 접촉 층과 N 형 접촉 층 사이의 고유 층을 삽입하여, 고갈 영역의 폭을 증가시켜 더 많은 전자-홀 쌍을 방출하고 더 큰 광전류를 형성하므로 우수한 전자 전도 성능을 갖는다. 2007 년 A.Poloczek et al. MBE를 사용하여 표면 거칠기를 개선하고 SI와 INP 사이의 격자 불일치를 극복하기 위해 저온 완충 층을 성장시켰다. MoCVD는 INP 기판에 Ingaas 핀 구조를 통합하는 데 사용되었으며, 장치의 응답 성은 약 0.57a /w였다. 2011 년 ALR (Army Research Laboratory)은 PIN 광 검출기를 사용하여 Ingaas Pin Pintector의 신호 대 노즈 비율을 상당히 개선 한 저비용 전자 레인지 증폭기 칩과 통합 된 소규모 미지급 지상 차량에 대한 내비게이션, 장애물/충돌 회피 및 단거리 대상 탐지/식별을위한 LIDAR 이미저를 연구했습니다. 이를 바탕으로 2012 년에 ALR 은이 LIDAR 이미 저를 로봇에 사용했으며 50m 이상의 탐지 범위와 256 × 128의 해상도를 사용했습니다.

Ingaas눈사태 광 검출기이득을 가진 일종의 광 검출기이며, 그 구조는 그림 (c)에 표시됩니다. 전자 구멍 쌍은 배가 영역 내부의 전기장의 작용 하에서 충분한 에너지를 얻어 원자와 충돌하고, 새로운 전자 구멍 쌍을 생성하고, 눈사태 효과를 형성하며, 재료의 비평 형 담체를 곱합니다. 2013 년에 George M은 MBE를 사용하여 합금 조성, 에피 택셜 층 두께 및 변조 된 캐리어 에너지로의 도핑을 사용하여 전기 콕 이온화를 극대화하면서 구멍 이온화를 최소화하면서 INP 기판에서 Ingaas와 Inalas 합금을 일치시켰다. 동등한 출력 신호 이득에서 APD는 노이즈가 낮고 암 전류가 낮아집니다. 2016 년 Sun Jianfeng et al. Ingaas Avalanche Photodetector를 기반으로 1570 nm 레이저 활성 이미징 실험 플랫폼 세트를 구축했습니다. 내부 회로APD 광 검출기에코와 직접 디지털 신호를 직접 출력하여 전체 장치를 컴팩트하게 만듭니다. 실험 결과는도 1에 도시되어있다. (d) 및 (e). 그림 (d)는 이미징 목표의 물리적 사진이며, 그림 (e)은 3 차원 거리 이미지입니다. 영역 C의 창 영역은 면적 a 및 b를 갖는 특정 깊이 거리가 있음을 분명히 알 수 있습니다. 이 플랫폼은 10ns 미만의 펄스 폭, 단일 펄스 에너지 (1 ~ 3) MJ 조정 가능, 수신 렌즈 필드 각도 2 °, 반복 주파수 1kHz, 검출기 의무 비율은 약 60%입니다. APD의 내부 광전류 게인, 빠른 응답, 소형 크기, 내구성 및 저렴한 비용 덕분에 APD 광 검출기는 핀 광 검출기보다 탐지 속도가 크기가 높을 수 있으므로 현재 주류 라이더는 주로 Avalanche 광 검출기에 의해 지배됩니다.

전반적으로, 국내외에서 Ingaas 준비 기술이 빠르게 개발되면서 우리는 MBE, MOCVD, LPE 및 기타 기술을 사용하여 INP 기판에 대한 대규모 고품질 Ingaas Epitaxial 층을 준비 할 수 있습니다. Ingaas 광 검출기는 낮은 암 전류 및 고 응답 성을 나타내며, 가장 낮은 암 전류는 0.75 PA/μm²보다 낮고 최대 응답 성은 최대 0.57 A/W이며 빠른 과도 응답 (PS 차수)을 갖습니다. Ingaas 광 검출기의 향후 개발은 다음과 같은 두 가지 측면에 중점을 둘 것입니다. 현재 시장의 대부분의 마이크로 엘프트로닉 장치는 SI 기반이며, Ingaas와 Si 기반의 후속 통합 개발이 일반적인 트렌드입니다. 격자 불일치 및 열 팽창 계수 차이와 같은 문제를 해결하는 것은 Ingaas/si의 연구에 중요합니다. (2) 1550 nm 파장 기술은 성숙했으며, 연장 된 파장 (2.0 ~ 2.5) μm가 미래의 연구 방향입니다. 구성 요소가 증가함에 따라 INP 기판과 Ingaas 에피 택셜 층 간의 격자 불일치는 더 심각한 탈구 및 결함으로 이어질 것이므로 장치 프로세스 매개 변수를 최적화하고 격자 결함을 줄이며 장치 암류를 줄여야합니다.