דער פּרינציפּ און איצטיקע סיטואַציע פון ​​אַ לאַווינע פאָטאָדעטעקטאָר (APD פאָטאָדעטעקטאָר) טייל איינס

קורץ-אויסצוג: די גרונט-סטרוקטור און ארבעטס-פרינציף פון א לאווינע פאטאדעטעקטאר (APD פאָטאָדעטעקטאָר) ווערן פארגעשטעלט, דער עוואלוציע פראצעס פון דער אפאראט סטרוקטור ווערט אנאליזירט, דער איצטיקער פארשונג סטאטוס ווערט צוזאמענגענומען, און די צוקונפטיגע אנטוויקלונג פון APD ווערט פראספעקטיוו שטודירט.

1. הקדמה
א פאָטאָדעטעקטאָר איז אַ מיטל וואָס קאָנווערטירט ליכט סיגנאַלן אין עלעקטרישע סיגנאַלן. אין אַהאַלב-קאָנדוקטאָר פאָטאָדעטעקטאָר, דער פאָטאָ-גענערירטער טרעגער, וואָס ווערט אויפֿגערייצט דורך דעם אינצידענטן פאָטאָן, גייט אַרײַן אין דעם עקסטערנעם קרייז אונטערן אַפּליצירטן בייאַס וואָולטאַזש און פֿאָרמירט אַ מעסטבארן פֿאָטאָקרענט. אפילו בײַ דער מאַקסימאַלער רעספּאָנסיוונאַס, קען אַ PIN פֿאָטאָדיאָדע בלויז פּראָדוצירן אַ פּאָר עלעקטראָן-לאָך פּאָרן אין מאַקסימום, וואָס איז אַ מיטל אָן אינערלעכער געווינס. פֿאַר גרעסערע רעספּאָנסיוונאַס, קען מען נוצן אַן אַוואַלינע פֿאָטאָדיאָדע (APD). דער אַמפּליפֿיקאַציע-עפֿעקט פֿון APD אויף פֿאָטאָקרענט איז באַזירט אויף דעם יאָניזאַציע-קאָליזיע-עפֿעקט. אונטער געוויסע באַדינגונגען, קענען די אַקסעלערירטע עלעקטראָנען און לעכער באַקומען גענוג ענערגיע צו קאָלידירן מיטן גיטער צו פּראָדוצירן אַ נײַעם פּאָר עלעקטראָן-לאָך פּאָרן. דער פּראָצעס איז אַ קייטן-רעאַקציע, אַזוי אַז די פּאָר עלעקטראָן-לאָך פּאָרן, וואָס ווערן גענערירט דורך ליכט-אַבסאָרפּציע, קענען פּראָדוצירן אַ גרויסע צאָל עלעקטראָן-לאָך פּאָרן און פֿאָרמירן אַ גרויסן צווייטיקן פֿאָטאָקרענט. דעריבער, האָט APD אַ הויכע רעספּאָנסיוונאַס און אינערלעכער געווינס, וואָס פֿאַרבעסערט דעם סיגנאַל-צו-ראַש פֿאַרהעלטעניש פֿון דעם מיטל. APD וועט דער עיקר ווערן גענוצט אין לאַנג-דיסטאַנץ אָדער קלענערע אָפּטישע פֿאַזער קאָמוניקאַציע סיסטעמען מיט אַנדערע לימיטאַציעס אויף דער באַקומענער אָפּטישער מאַכט. איצט, זענען אסאך עקספּערטן אין אָפּטישע דעווייסעס זייער אָפּטימיסטיש וועגן די אויסזיכטן פון APD, און גלויבן אַז די פאָרשונג פון APD איז נייטיק צו פֿאַרבעסערן די אינטערנאַציאָנאַלע קאָנקורענץ-פֿעיִקייט פון פֿאַרבונדענע פֿעלדער.

2. טעכנישע אַנטוויקלונג פוןלאַווינע פאָטאָדעטעקטאָר(APD פאָטאָדעטעקטאָר)

2.1 מאַטעריאַלן
(1)סי פאָטאָדעטעקטאָר
סי מאַטעריאַל טעכנאָלאָגיע איז אַ דערוואַקסענע טעכנאָלאָגיע וואָס ווערט ברייט גענוצט אין דעם פעלד פון מיקראָעלעקטראָניק, אָבער עס איז נישט פּאַסיק פֿאַר דער צוגרייטונג פון דעוויסעס אין דעם כוואַליע לענג פון 1.31 מם און 1.55 מם וואָס זענען בכלל אנגענומען אין דעם פעלד פון אָפּטישער קאָמוניקאַציע.

(2) גע
כאָטש די ספּעקטראַלע רעאַקציע פון ​​Ge APD איז פּאַסיק פֿאַר די באדערפענישן פון נידעריק אָנווער און נידעריק דיספּערסיע אין אָפּטיש פיברע טראַנסמיסיע, עס זענען גרויסע שוועריקייטן אין דעם צוגרייטונג פּראָצעס. אין דערצו, Ge'ס עלעקטראָן און לאָך ייאַניזיישאַן קורס פאַרהעלטעניש איז נאָענט צו () 1, אַזוי עס איז שווער צו צוגרייטן הויך-פאָרשטעלונג APD דעוויסעס.

(3)אין0.53ג0.47אס/איןפּ
עס איז אַן עפעקטיווער מעטאָד צו אויסקלייבן In0.53Ga0.47As ווי די ליכט אַבזאָרפּשאַן שיכט פון APD און InP ווי די מולטיפּלייער שיכט. די אַבזאָרפּשאַן שפּיץ פון In0.53Ga0.47As מאַטעריאַל איז 1.65 מם, 1.31 מם, 1.55 מם כוואַליע איז וועגן 104cm-1 הויך אַבזאָרפּשאַן קאָואַפישאַנט, וואָס איז די בילכער מאַטעריאַל פֿאַר די אַבזאָרפּשאַן שיכט פון ליכט דעטעקטאָר אין דער איצטיקער צייט.

(4)InGaAs פאָטאָדעטעקטאָר/איןפאָטאָדעטעקטאָר
דורך אויסקלייבן InGaAsP אלס די ליכט-אבזארבענדיקע שיכט און InP אלס די פארמערער שיכט, קען מען צוגרייטן APD מיט א רעאקציע-וועללענגט פון 1-1.4 מ״מ, הויכע קוואנטום-עפעקטיווקייט, נידריגע טונקעל-שטראם און הויכע לאווינע-געווינס. דורך אויסקלייבן פארשידענע צומיש-קאמפאנענטן, ווערט דערגרייכט די בעסטע פאָרשטעלונג פאר ספעציפישע וועללענגטס.

(5)InGaAs/InAlAs
In0.52Al0.48As מאַטעריאַל האט אַ באַנד גאַפּ (1.47eV) און אַבזאָרבירט נישט אין די כוואַליע לענג פון 1.55 מם. עס איז דא באווייז אז דין In0.52Al0.48As עפּיטאַקסיאַל שיכט קען באַקומען בעסערע געווינס קעראַקטעריסטיקס ווי InP ווי אַ מולטיפּליקאַטאָר שיכט אונטער די באדינגונגען פון ריין עלעקטראָן ינדזשעקשאַן.

(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs און InGaAs/In (Al) GaAs/InAlAs
די אימפּאַקט ייאַניזאַציע ראַטע פון ​​מאַטעריאַלן איז אַ וויכטיקער פאַקטאָר וואָס ווירקט אויף די פאָרשטעלונג פון APD. די רעזולטאַטן ווייַזן אַז די קאָליזיע ייאַניזאַציע ראַטע פון ​​די מולטיפּלייער שיכט קען ווערן פֿאַרבעסערט דורך ינטראָודוסינג InGaAs (P) /InAlAs און In (Al) GaAs/InAlAs סופּערגיטער סטרוקטורן. דורך ניצן די סופּערגיטער סטרוקטור, קען די באַנד אינזשעניריע קינסטלעך קאָנטראָלירן די אַסימעטרישע באַנד ברעג דיסקאַנטינעואַטי צווישן די קאַנדאַקשאַן באַנד און די וואַלענס באַנד ווערטן, און ענשור אַז די קאַנדאַקשאַן באַנד דיסקאַנטינעואַטי איז פיל גרעסער ווי די וואַלענס באַנד דיסקאַנטינעואַטי (ΔEc>>ΔEv). קאַמפּערד מיט InGaAs מאַסע מאַטעריאַלן, איז InGaAs/InAlAs קוואַנטום קוואל עלעקטראָן ייאַניזאַציע ראַטע (a) באַדייטנד געוואקסן, און עלעקטראָנען און לעכער באַקומען עקסטרע ענערגיע. רעכט צו ΔEc>>ΔEv, קען מען דערוואַרטן אַז די ענערגיע וואָס עלעקטראָנען באַקומען פאַרגרעסערט די עלעקטראָן ייאַניזאַציע ראַטע פיל מער ווי דער בייַשטייַער פון לאָך ענערגיע צו לאָך ייאַניזאַציע ראַטע (b). די פאַרהעלטעניש (k) פון עלעקטראָן ייאַניזאַציע ראַטע צו לאָך ייאַניזאַציע ראַטע פאַרגרעסערט זיך. דעריבער, א הויך געווינס-באַנדווידט פּראָדוקט (GBW) און נידעריק ראַש פאָרשטעלונג קען מען באַקומען דורך אַפּליקירן סופּערלאַטיס סטרוקטורן. אָבער, די InGaAs/InAlAs קוואַנטום ברונעם סטרוקטור APD, וואָס קען פאַרגרעסערן דעם k ווערט, איז שווער צו אַפּליקירן צו אָפּטישע ריסיווערס. דאָס איז ווייַל דער מולטיפּליקאַטאָר פאַקטאָר וואָס אַפעקטירט די מאַקסימום רעספּאָנסיוונאַס איז לימיטעד דורך די טונקל קראַנט, נישט די מולטיפּליקאַטאָר ראַש. אין דעם סטרוקטור, די טונקל קראַנט איז דער הויפּט געפֿירט דורך די טונעלינג ווירקונג פון די InGaAs ברונעם שיכט מיט אַ שמאָל באַנד גאַפּ, אַזוי די הקדמה פון אַ ברייט-באַנד גאַפּ קוואַטערנערי צומיש, אַזאַ ווי InGaAsP אָדער InAlGaAs, אַנשטאָט InGaAs ווי די ברונעם שיכט פון די קוואַנטום ברונעם סטרוקטור קען אונטערדריקן די טונקל קראַנט.