アバランシェ光検出器の最新研究

の最新の研究アバランシェ光検出器

赤外線検出技術は、軍事偵察、環境監視、医療診断などの分野で広く使用されています。従来の赤外線検出器には、検出感度や応答速度などの性能にいくつかの制限がありました。 InAs/InAsSb クラス II 超格子 (T2SL) 材料は優れた光電特性と調整性を備えているため、長波赤外線 (LWIR) 検出器に最適です。長波赤外線検出における応答が弱いという問題は長年の懸案事項であり、電子機器アプリケーションの信頼性を大きく制限しています。アバランシェ光検出器ですが（APD光検出器）応答性能に優れていますが、逓倍時の暗電流が大きくなります。

これらの問題を解決するために、中国電子科学技術大学のチームは、高性能クラス II 超格子 (T2SL) 長波赤外線アバランシェ フォト ダイオード (APD) の設計に成功しました。研究者らは、暗電流を低減するために、InAs/InAsSb T2SL 吸収層の低いオージェ再結合率を利用しました。同時に、低k値のAlAsSbを乗算層として使用し、十分なゲインを維持しながらデバイスのノイズを抑制します。この設計は、長波赤外線検出技術の開発を促進するための有望なソリューションを提供します。検出器は階段状の階層構造を採用しており、InAsとInAsSbの組成比を調整することでバンド構造の滑らかな遷移を実現し、検出器の性能を向上させています。材料の選択と準備プロセスの観点から、この研究では、検出器の準備に使用される InAs/InAsSb T2SL 材料の成長方法とプロセス パラメータについて詳細に説明します。 InAs/InAsSb T2SL の組成と厚さを決定することは重要であり、応力バランスを達成するにはパラメータ調整が必要です。長波赤外線検出の場合、InAs/GaSb T2SL と同じカットオフ波長を実現するには、より厚い InAs/InAsSb T2SL の単一周期が必要です。ただし、単環が厚くなると、成長方向の吸収係数が減少し、T2SL の正孔の有効質量が増加します。 Sb成分を添加すると、単一周期の厚さを大幅に増加させることなく、より長いカットオフ波長を達成できることが判明した。ただし、Sb組成が過剰になるとSb元素の偏析が生じる場合がある。

したがって、Sb グループ 0.5 の InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL が APD の活性層として選択されました。光検出器。 InAs/InAsSb T2SL は主に GaSb 基板上で成長するため、歪み管理における GaSb の役割を考慮する必要があります。基本的に、歪みの平衡を達成するには、1 周期の超格子の平均格子定数を基板の格子定数と比較する必要があります。一般に、InAs の引張歪みは、InAsSb によって導入された圧縮歪みによって補償され、その結果、InAsSb 層よりも厚い InAs 層が形成されます。この研究では、アバランシェ光検出器のスペクトル応答、暗電流、ノイズなどの光電応答特性を測定し、階段状傾斜層設計の有効性を検証しました。アバランシェ光検出器のアバランシェ増倍効果を解析し,増倍率と入射光パワー,温度および他のパラメータとの関係を議論した。

イチジク。 (A) InAs/InAsSb 長波赤外 APD 光検出器の概略図。 (B) APD 光検出器の各層における電界の模式図。