最近の進歩高感度アバランシェフォトディテクタ
室温高感度 1550 nmアバランシェフォトダイオード検出器
近赤外線（SWIR）帯域では、高感度・高速の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使用されています。しかし、現在主流となっている近赤外線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リン化インジウム（InP）やインジウムアルミニウムヒ素（InAlAs）のランダム衝突電離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様の超低衝撃電離ノイズ性能を持つ新しい半導体材料を積極的に探しています。
革新的な1550nm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つ。
英国と米国の研究者チームが、初めて新しい超高感度1550 nm APD光検出器の開発に成功した（雪崩光検出器これは、LiDARシステムやその他の光電子アプリケーションの性能を大幅に向上させる可能性を秘めた画期的な技術である。
新素材は重要な利点を提供する
この研究の特筆すべき点は、革新的な材料の使用法である。研究者らは、吸収層としてGaAsSb、増倍層としてAlGaAsSbを選択した。この設計は従来のInGaAs/InPとは異なり、以下のような大きな利点をもたらす。
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（乗算層）への移行が容易であるため、トラップ効果を低減し、デバイスの速度と吸収効率を向上させます。
2. AlGaAsSb乗算層：AlGaAsSb乗算層は、従来のInPおよびInAlAs乗算層に比べて性能が優れています。これは主に、室温での高利得、広い帯域幅、および超低過剰雑音に反映されます。
優れた業績指標
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、性能指標においても大幅な改善をもたらします。
1. 超高利得: 室温で278の超高利得が達成され、最近、Jin Xiao博士は構造最適化とプロセスを改善し、最大利得をM=1212に増加させました。
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：最大ゲイン時における量子効率は5935.3%にも達します。優れた温度安定性：低温におけるブレークダウン感度は約11.83 mV/Kです。
図1 APDの過剰ノイズ光検出器デバイス他のAPD光検出器と比較して
幅広い応用可能性
この新しいAPDは、LiDARシステムや光子応用分野において重要な意味を持つ。
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、温室効果ガスモニタリングなど光子が少ない環境でのアプリケーションにとって重要になります。
2. 高い互換性：新しいAPDフォトディテクタ（アバランシェフォトディテクタ）は、既存のリン化インジウム（InP）オプトエレクトロニクスプラットフォームとの互換性を持つ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、さまざまな実用的な用途への導入が容易です。
この新しい1550nm SACM APDフォトディテクタ（アバランシェフォトディテクタ）の開発は、この分野における大きなブレークスルーであり、従来のAPDフォトディテクタ（アバランシェフォトディテクタ）設計における過剰なノイズやゲイン帯域幅積といった主要な制約を解消します。この革新により、特に無人LiDARシステムをはじめとするLiDARシステムの性能向上、および自由空間通信の発展が期待されます。
投稿日時：2025年1月13日