雪崩光検出器の最新研究

最新の研究雪崩光検出器

赤外線検出技術は、軍事偵察、環境モニタリング、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は、検出感度、応答速度などの性能上の制限があります。InAs/InAsSbクラスII超格子（T2SL）材料は、優れた光電特性と調整可能性を持ち、長波長赤外線（LWIR）検出器に最適です。長波長赤外線検出における応答の弱さの問題は、長い間懸念されており、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。アバランシェフォトディテクタ（APD光検出器応答性能は優れているが、乗算時に暗電流が高くなるという問題がある。

これらの問題を解決するために、中国電子科技大学の研究チームは、高性能なクラスII超格子（T2SL）長波長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、InAs/InAsSb T2SL吸収層の低いオージェ再結合率を利用して暗電流を低減しました。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ノイズを抑制しました。この設計は、長波長赤外線検出技術の開発を促進する有望なソリューションを提供します。検出器は、ステップ状の階層設計を採用し、InAsとInAsSbの組成比を調整することで、バンド構造のスムーズな遷移を実現し、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に関して、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を詳細に説明しています。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の調整が必要です。長波長赤外線検出の文脈では、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単周期が必要となる。しかし、単周期が厚くなると、成長方向の吸収係数が低下し、T2SL中の正孔の有効質量が増加する。Sb成分を添加することで、単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実現できることがわかった。ただし、Sbの組成が過剰になると、Sb元素の偏析を引き起こす可能性がある。

そのため、Sbグループ0.5のInAs/InAs0.5Sb0.5 T2SLをAPDの活性層として選択した。光検出器InAs/InAsSb T2SLは主にGaSb基板上に成長するため、歪み管理におけるGaSbの役割を考慮する必要があります。本質的に、歪み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。一般的に、InAsの引張歪みはInAsSbによって導入される圧縮歪みによって補償され、InAs層がInAsSb層よりも厚くなります。この研究では、スペクトル応答、暗電流、ノイズなどを含むアバランシェフォトディテクタの光電応答特性を測定し、ステップ勾配層設計の有効性を検証しました。アバランシェフォトディテクタのアバランシェ増倍効果を分析し、増倍係数と入射光パワー、温度などのパラメータとの関係について議論します。

図（A）InAs/InAsSb長波長赤外線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概略図。