Прынцып і сучаснае становішча лавіннага фотадэтэктара (АПД фотадэтэктара). Частка другая

Прынцып і сучаснае становішчалавінны фотадэтэктар (Фотадэтэктар APD) Частка другая

2.2 Структура мікрасхемы APD
Разумная структура чыпа з'яўляецца асноўнай гарантыяй высокай прадукцыйнасці прылад. Структурная канструкцыя APD у асноўным улічвае пастаянную часу RC, захоп дзіркі на гетэрапераходзе, час праходжання носьбіта праз вобласць знясілення і гэтак далей. Развіццё яго структуры апісана ніжэй:

(1) Базавая структура
Самая простая структура APD заснавана на фотадыёдзе PIN, P-вобласць і N-вобласць моцна легіраваныя, а N-тып або P-тып з падвойным адштурхваннем уведзены ў сумежную P-вобласць або N-вобласць для генерацыі другасных электронаў і дзірак пар, каб рэалізаваць узмацненне першаснага фотатоку. Для матэрыялаў серыі InP, паколькі каэфіцыент іянізацыі пры ўдары дзіркі большы, чым каэфіцыент іянізацыі пры ўдары электронам, вобласць узмацнення легіравання N-тыпу звычайна размяшчаецца ў вобласці P. У ідэальнай сітуацыі ў вобласць узмацнення ўводзяць толькі дзіркі, таму гэтая структура называецца структурай з увядзеннем дзіркі.

(2) Адрозніваюць паглынанне і ўзмацненне
З-за шырокіх характарыстык забароненай зоны InP (InP складае 1,35 эВ, а InGaAs - 0,75 эВ), InP звычайна выкарыстоўваецца ў якасці матэрыялу зоны ўзмацнення, а InGaAs - у якасці матэрыялу зоны паглынання.

(3) Прапануюцца адпаведна структуры паглынання, градыенту і ўзмацнення (SAGM).
У цяперашні час у большасці камерцыйных прылад APD выкарыстоўваецца матэрыял InP/InGaAs, InGaAs у якасці паглынальнага пласта, InP у моцным электрычным полі (>5x105 В/см) без прабоя можа выкарыстоўвацца ў якасці матэрыялу зоны ўзмацнення. Для гэтага матэрыялу канструкцыя гэтага APD заключаецца ў тым, што лавінны працэс утвараецца ў InP N-тыпу шляхам сутыкнення дзірак. Улічваючы вялікую розніцу ў забароненай зоне паміж InP і InGaAs, розніца ва ўзроўнях энергіі каля 0,4 эВ у валентнай зоне робіць дзіркі, утвораныя ў паглынальным слоі InGaAs, перашкодамі на краі гетэрапераходу перад тым, як дасягнуць пласта памнажальніка InP, і хуткасць значна павялічваецца. памяншаецца, што прыводзіць да доўгага часу водгуку і вузкай прапускной здольнасці гэтага APD. Гэтую праблему можна вырашыць, дадаўшы пераходны пласт InGaAsP паміж двума матэрыяламі.

(4) Прапануюцца адпаведна структуры паглынання, градыенту, зарада і ўзмацнення (SAGCM).
Для далейшай карэкціроўкі размеркавання электрычнага поля пласта паглынання і пласта ўзмацнення ў канструкцыю прылады ўводзіцца пласт зарада, што значна паляпшае хуткасць і хуткасць рэагавання прылады.

(5) Палепшаная рэзанатарам (RCE) структура SAGCM
У прыведзенай вышэй аптымальнай канструкцыі традыцыйных дэтэктараў мы павінны сутыкнуцца з тым, што таўшчыня пласта паглынання з'яўляецца супярэчлівым фактарам для хуткасці прылады і квантавай эфектыўнасці. Тонкая таўшчыня паглынальнага пласта можа паменшыць час праходжання носьбіта, таму можна атрымаць вялікую прапускную здольнасць. Аднак, у той жа час, каб атрымаць больш высокую квантавую эфектыўнасць, пласт паглынання павінен мець дастатковую таўшчыню. Рашэннем гэтай праблемы можа быць структура рэзананснай паражніны (RCE), гэта значыць размеркаваны рэфлектар Брэгга (DBR), распрацаваны ўнізе і ўверсе прылады. Люстэрка DBR складаецца з двух відаў матэрыялаў з нізкім і высокім каэфіцыентам праламлення па структуры, і абодва растуць па чарзе, і таўшчыня кожнага пласта адпавядае даўжыні хвалі падаючага святла ў паўправадніку, роўнай 1/4. Структура рэзанатара дэтэктара можа адпавядаць патрабаванням хуткасці, таўшчыню паглынальнага пласта можна зрабіць вельмі тонкай, а квантавая эфектыўнасць электрона павялічваецца пасля некалькіх адлюстраванняў.

(6) Структура хвалевода са звязанай краем (WG-APD)
Іншым рашэннем для вырашэння супярэчнасці розных уплываў таўшчыні паглынальнага пласта на хуткасць прылады і квантавую эфектыўнасць з'яўляецца ўвядзенне хвалеводнай структуры са звязанай па краях. Гэтая структура прапускае святло збоку, таму што пласт паглынання вельмі доўгі, лёгка атрымаць высокую квантавую эфектыўнасць, і ў той жа час пласт паглынання можна зрабіць вельмі тонкім, скарачаючы час праходжання носьбіта. Такім чынам, гэтая структура вырашае розную залежнасць прапускной здольнасці і эфектыўнасці ад таўшчыні паглынальнага пласта, і, як чакаецца, дасягне высокай хуткасці і высокай квантавай эфектыўнасці APD. Працэс WG-APD больш просты, чым працэс RCE APD, што пазбаўляе ад складанага працэсу падрыхтоўкі люстэрка DBR. Такім чынам, гэта больш мэтазгодна ў практычным плане і падыходзіць для аптычнага злучэння агульнай плоскасці.

3. Заключэнне
Развіццё лавінфотадэтэктарматэрыялаў і прылад разглядаецца. Хуткасць іянізацыі пры сутыкненні электронаў і дзірак матэрыялаў InP блізкая да хуткасці іянізацыі InAlAs, што прыводзіць да падвойнага працэсу двух сімбіёнаў-носьбітаў, што павялічвае час фарміравання лавіны і павялічвае шум. У параўнанні з чыстымі матэрыяламі InAlAs структуры квантавых ям InGaAs (P) /InAlAs і In (Al) GaAs/InAlAs маюць павышаны каэфіцыент каэфіцыентаў іянізацыі пры сутыкненні, таму шумавыя характарыстыкі могуць быць значна зменены. З пункту гледжання структуры, удасканаленая рэзанатарам (RCE) структура SAGCM і структура хвалявода з кантавой сувяззю (WG-APD) распрацаваны, каб вырашыць супярэчнасці розных уплываў таўшчыні паглынальнага пласта на хуткасць прылады і квантавую эфектыўнасць. З-за складанасці працэсу поўнае практычнае прымяненне гэтых дзвюх структур патрабуе далейшага вывучэння.