Résumé: La structure de base et le principe de travail du photodétecteur d'avalanche (Photodétecteur APD) sont introduits, le processus d'évolution de la structure de l'appareil est analysé, l'état de recherche actuel est résumé et le développement futur de l'APD est étudié prospectivement.
1. Introduction
Un photodétecteur est un appareil qui convertit les signaux légers en signaux électriques. Dans unPhotodétecteur semi-conducteur, la porteuse générée par photo excitée par le photon incident entre dans le circuit externe sous la tension de biais appliquée et forme un photocourant mesurable. Même à la réactivité maximale, une photodiode à broches ne peut produire qu'une paire de paires d'électrons au plus, qui est un dispositif sans gain interne. Pour une plus grande réactivité, une photodiode d'avalanche (APD) peut être utilisée. L'effet d'amplification de l'APD sur le photocourant est basé sur l'effet de collision d'ionisation. Dans certaines conditions, les électrons et les trous accélérés peuvent obtenir suffisamment d'énergie pour entrer en collision avec le réseau pour produire une nouvelle paire de paires d'électrons. Ce processus est une réaction en chaîne, de sorte que la paire de paires d'électrons-trou générées par l'absorption de la lumière peut produire un grand nombre de paires d'électrons et former un grand photocourant secondaire. Par conséquent, l'APD a une réactivité élevée et un gain interne, ce qui améliore le rapport signal / bruit de l'appareil. L'APD sera principalement utilisé dans les systèmes de communication à longue distance ou plus petits en fibres optiques avec d'autres limitations de la puissance optique reçue. À l'heure actuelle, de nombreux experts en dispositifs optiques sont très optimistes quant aux perspectives de l'APD, et croient que la recherche de l'APD est nécessaire pour améliorer la compétitivité internationale des domaines connexes.
2. Développement technique dephotodétecteur d'avalanche(Photodétector APD)
2.1 Matériaux
(1)SI Photodetector
La technologie des matériaux SI est une technologie mature qui est largement utilisée dans le domaine de la microélectronique, mais elle ne convient pas à la préparation des dispositifs dans la plage de longueurs d'onde de 1,31 mm et 1,55 mm qui sont généralement acceptées dans le domaine de la communication optique.
(2) GE
Bien que la réponse spectrale de GE APD convient aux exigences de faible perte et de faible dispersion de la transmission optique des fibres, il y a de grandes difficultés dans le processus de préparation. De plus, le rapport de taux d'ionisation par électrons et trous de GE est proche de () 1, il est donc difficile de préparer des dispositifs APD haute performance.
(3) IN0.53GA0.47as / inp
Il s'agit d'une méthode efficace pour sélectionner IN0.53GA0.47as comme couche d'absorption de lumière d'APD et INP comme couche multiplicateur. Le pic d'absorption du matériau IN0.53GA0.47as est de 1,65 mm, 1,31 mm, 1,55 mm, la longueur d'onde est d'environ 104 cm-1 coefficient d'absorption élevée, qui est le matériau préféré pour la couche d'absorption du détecteur de lumière à l'heure actuelle.
(4)Photodetecteur ingaas/Dansphotodétecteur
En sélectionnant Ingaasp comme couche absorbant la lumière et INP comme couche multiplicateur, APD avec une longueur d'onde de réponse de 1-1,4 mm, une efficacité quantique élevée, un courant sombre faible et un gain d'avalanche élevé peuvent être préparés. En sélectionnant différents composants en alliage, les meilleures performances pour des longueurs d'onde spécifiques sont obtenues.
(5) ingaas / inalas
IN0.52AL0.48 ASS Le matériau a une bande interdite (1,47ev) et n'absorbe pas à la plage de longueurs d'onde de 1,55 mm. Il existe des preuves que la couche mince IN0.52AL0.48S a une couche épitaxiale peut obtenir de meilleures caractéristiques de gain que InP en tant que couche multiplicatrice à la condition d'injection d'électrons pure.
(6) ingaas / ingaas (p) / inalas et ingaas / in (al) gaas / inalas
Le taux d'ionisation d'impact des matériaux est un facteur important affectant les performances de l'APD. Les résultats montrent que le taux d'ionisation de collision de la couche multiplicateur peut être amélioré en introduisant les structures de superlattice ingaas (p) / inalas et dans (al) GaAs / Inalas. En utilisant la structure de superlattice, l'ingénierie de la bande peut contrôler artificiellement la discontinuité du bord de la bande asymétrique entre la bande de conduction et les valeurs de la bande de valence, et s'assurer que la discontinuité de la bande de conduction est beaucoup plus grande que la discontinuité de la bande de valence (Δec >> ΔEV). Par rapport aux matériaux en vrac Ingaas, le taux d'ionisation par les électrons de puits quantum ingaas / inalas (a) est considérablement augmenté et les électrons et les trous gagnent une énergie supplémentaire. En raison de Δec >> ΔEV, on peut s'attendre à ce que l'énergie gagnée par les électrons augmente le taux d'ionisation des électrons beaucoup plus que la contribution de l'énergie du trou au taux d'ionisation des trous (b). Le rapport (k) du taux d'ionisation par électrons au taux d'ionisation des trous augmente. Par conséquent, un produit à largeur de bande à gain élevé (GBW) et des performances faibles de bruit peuvent être obtenus en appliquant des structures de superlattice. Cependant, cette structure de puits quantum ingaas / inalas APD, qui peut augmenter la valeur k, est difficile à appliquer aux récepteurs optiques. En effet, le facteur multiplicateur qui affecte la réactivité maximale est limité par le courant sombre, et non par le bruit multiplicateur. Dans cette structure, le courant obscur est principalement causé par l'effet de tunneling de la couche de puits Ingaas avec une bande interdite étroite, de sorte que l'introduction d'un alliage quaternaire de l'espace large, tel que Ingaasp ou Inalgaas, au lieu de les ingaas comme couche de puits de la structure du puits quantique peut supprimer le courant sombre.
Heure du poste: nov-13-2023