の原則と現在の状況雪崩光検出器 (APD光検出器）パート2
2.2 APDチップ構造
合理的なチップ構造は、高性能デバイスの基本的な保証です。 APDの構造設計では、主にRC時定数、ヘテロ接合時のホールキャプチャ、枯渇領域を介したキャリア輸送時間などを考慮します。その構造の開発を以下に要約します。
（1）基本構造
最も単純なAPD構造は、PINフォトダイオードに基づいており、P領域とN領域は非常にドープされており、N型またはP型反射領域が隣接するP領域またはN領域に導入され、一次光電流の増幅を実現するために、二次電子と穴のペアを生成します。 INPシリーズ材料の場合、ホール衝撃イオン化係数は電子衝撃イオン化係数よりも大きいため、n型ドーピングのゲイン領域は通常P領域に配置されます。理想的な状況では、穴だけがゲイン領域に注入されるため、この構造は穴注入構造と呼ばれます。
（2）吸収とゲインは区別されます
INP（INPは1.35EV、INGAASは0.75EV）のワイドバンドギャップ特性により、INPは通常、ゲインゾーン材料として、INGAASは吸収ゾーン材料として使用されます。
（3）吸収、勾配、およびゲイン（SAGM）構造がそれぞれ提案されています
現在、ほとんどの市販のAPDデバイスは、吸収層としてINP/INGAAS材料、INGAASを、故障なしに高電界（> 5x105V/cm）でINPを使用して、ゲインゾーン材料として使用できます。この材料の場合、このAPDの設計は、雪崩プロセスが穴の衝突によってN型INPで形成されることです。 INPとINGAASのバンドギャップの大きな違いを考慮すると、価数帯域の約0.4EVのエネルギーレベルの差により、INGAAS吸収層で生成された穴がヘテロ接合端で閉塞し、INPの乗数層に達し、速度が大幅に低下し、このAPDの長い応答時間と狭い帯域幅が狭くなります。この問題は、2つの材料の間にINGAASP遷移層を追加することで解決できます。
（4）吸収、勾配、電荷、ゲイン（SAGCM）構造がそれぞれ提案されています
吸収層とゲイン層の電界分布をさらに調整するために、電荷層がデバイス設計に導入され、デバイスの速度と応答性が大幅に向上します。
（5）Resonator Enhanced（RCE）SAGCM構造
従来の検出器の上記の最適な設計では、吸収層の厚さがデバイスの速度と量子効率の矛盾した要因であるという事実に直面する必要があります。吸収層の薄い厚さは、キャリアの通過時間を短縮できるため、大きな帯域幅を得ることができます。ただし、同時に、量子効率を高めるためには、吸収層の厚さを十分にする必要があります。この問題の解決策は、共鳴キャビティ（RCE）構造です。つまり、分散型ブラッグリフレクター（DBR）は、デバイスの下部と上部に設計されています。 DBRミラーは、屈折率が低く、構造が高い屈折率が高い2種類の材料で構成されており、2つは交互に成長し、各層の厚さは半導体の入射光波長1/4を満たします。検出器の共振構造は速度要件を満たし、吸収層の厚さを非常に薄くすることができ、いくつかの反射後に電子の量子効率が向上します。
（6）エッジ結合導波路構造（WG-APD）
デバイスの速度と量子効率に対する吸収層の厚さのさまざまな効果の矛盾を解決する別の解決策は、エッジ結合導波路構造を導入することです。この構造は側面から光に入ります。吸収層は非常に長いため、高量子効率を得るのは簡単で、同時に吸収層を非常に薄くして、キャリア輸送時間を短縮できます。したがって、この構造は、帯域幅と効率の吸収層の厚さの異なる依存性を解決し、高速度および高量子効率APDを達成すると予想されます。 WG-APDのプロセスは、DBRミラーの複雑な準備プロセスを排除するRCE APDのプロセスよりも簡単です。したがって、実用分野ではより実現可能であり、一般的な平面光接続に適しています。
3。結論
雪崩の開発光検出器材料とデバイスがレビューされています。 INP材料の電子と穴の衝突イオン化速度は、Inalasの電子化速度に近いため、2つのキャリアシン生物の二重プロセスにつながり、雪崩の建物時間が長くなり、騒音が増加します。純粋なイナラ材料と比較して、インガアス（P） /イナラと（AL）GAAS /INALAS量子井戸構造は衝突イオン化係数の比率が増加するため、ノイズ性能を大幅に変更できます。構造に関しては、共振器の強化（RCE）SAGCM構造とエッジ結合導波路構造（WG-APD）が開発され、吸収層の厚さの異なる効果の矛盾をデバイスの速度と量子効率に及ぼす矛盾を解きます。プロセスの複雑さにより、これら2つの構造の完全な実用的なアプリケーションをさらに調査する必要があります。
投稿時間：Nov-14-2023