最近の進歩高感度アバランシェ光検出器
室温高感度1550 nmアバランシェフォトダイオード検出器
近赤外（SWIR）帯では、高感度・高速アバランシェダイオードが光電子通信やLiDARアプリケーションで広く利用されています。しかし、現在の近赤外アバランシェフォトダイオード（APD）は、インジウムガリウムヒ素アバランシェブレークダウンダイオード（InGaAs APD）が主流ですが、従来の増倍領域材料であるインジウムリン（InP）やインジウムアルミニウムヒ素（InAlAs）のランダム衝突イオン化ノイズによって常に制限されており、デバイスの感度が大幅に低下しています。長年にわたり、多くの研究者が、InGaAsおよびInP光電子プラットフォームプロセスと互換性があり、バルクシリコン材料と同等の超低衝撃イオン化ノイズ性能を備えた新しい半導体材料を積極的に探しています。
革新的な1550 nmアバランシェフォトダイオード検出器は、LiDARシステムの開発に役立ちます。
英国と米国の研究者チームが、初めて新しい超高感度1550nm APD光検出器の開発に成功した（アバランシェ光検出器) は、LiDAR システムやその他の光電子工学アプリケーションのパフォーマンスを大幅に向上させる画期的な技術です。
新しい材料は重要な利点を提供する
この研究のハイライトは、革新的な材料の使用です。研究者たちは、吸収層にGaAsSb、増倍層にAlGaAsSbを選択しました。この設計は従来のInGaAs/InPとは異なり、以下の大きな利点をもたらします。
1.GaAsSb 吸収層: GaAsSb は InGaAs と同様の吸収係数を持ち、GaAsSb 吸収層から AlGaAsSb (増倍層) への移行が容易になり、トラップ効果が低減され、デバイスの速度と吸収効率が向上します。
2. AlGaAsSb増倍層：AlGaAsSb増倍層は、従来のInPおよびInAlAs増倍層よりも優れた性能を備えています。これは主に、室温での高利得、高帯域幅、および超低過剰ノイズに反映されています。
優れたパフォーマンス指標
新しいAPD光検出器(アバランシェフォトダイオード検出器) は、パフォーマンス指標においても大幅な改善をもたらします。
1. 超高ゲイン：室温で278という超高ゲインが達成され、最近、Jin Xiao博士が構造の最適化とプロセスを改善し、最大ゲインがM = 1212まで増加しました。
2. 非常に低いノイズ: 非常に低い過剰ノイズを示します (F < 3、ゲイン M = 70、F <4、ゲイン M = 100)。
3. 高い量子効率：最大利得時の量子効率は5935.3%と非常に高い。優れた温度安定性：低温での破壊感度は約11.83mV/K。
図1 APDの過剰ノイズ光検出装置他のAPD光検出器と比較して
幅広い応用の可能性
この新しい APD は、LiDAR システムと光子アプリケーションに重要な意味を持ちます。
1. 信号対雑音比の向上: 高ゲインと低ノイズ特性により信号対雑音比が大幅に向上します。これは、温室効果ガスのモニタリングなど、光子の少ない環境でのアプリケーションにとって重要です。
2. 高い互換性: 新しい APD 光検出器 (アバランシェ光検出器) は、現在のインジウムリン (InP) オプトエレクトロニクス プラットフォームと互換性があるように設計されており、既存の商用通信システムとのシームレスな統合を保証します。
3. 高い動作効率: 複雑な冷却機構を必要とせず室温で効率的に動作できるため、さまざまな実用アプリケーションへの導入が簡単になります。
この新しい1550nm SACM APD光検出器（アバランシェ光検出器）の開発は、この分野における大きな進歩であり、従来のAPD光検出器（アバランシェ光検出器）設計における過剰ノイズとゲイン帯域幅積に関連する主要な制約を解消します。この革新は、LiDARシステム、特に無人LiDARシステムや自由空間通信の能力を向上させることが期待されます。
投稿日時: 2025年1月13日