Последние исследования лавинных фотодетекторов

Последние исследованиялавинный фотодетектор

Технология инфракрасного обнаружения широко используется в военной разведке, мониторинге окружающей среды, медицинской диагностике и других областях. Традиционные инфракрасные детекторы имеют некоторые ограничения в производительности, такие как чувствительность обнаружения, скорость отклика и т. д. Материалы на основе сверхрешеток класса II InAs/InAsSb (T2SL) обладают превосходными фотоэлектрическими свойствами и возможностью настройки, что делает их идеальными для детекторов длинноволнового инфракрасного излучения (LWIR). Проблема слабого отклика при обнаружении в длинноволновом инфракрасном диапазоне давно вызывает озабоченность, что значительно ограничивает надежность применения электронных устройств. Хотя лавинный фотодетектор (Фотодетектор APDОбладая превосходными характеристиками отклика, он страдает от высокого темнового тока во время умножения.

Для решения этих проблем группа исследователей из Китайского университета электронной науки и техники успешно разработала высокоэффективный лавинный фотодиод (ФФД) на основе сверхрешетки класса II (T2SL) для длинноволнового инфракрасного излучения. Исследователи использовали более низкую скорость рекомбинации Оже в поглощающем слое InAs/InAsSb T2SL для уменьшения темнового тока. Одновременно с этим, в качестве умножающего слоя использовался AlAsSb с низким значением k для подавления шума устройства при сохранении достаточного усиления. Эта конструкция представляет собой перспективное решение для развития технологии обнаружения длинноволнового инфракрасного излучения. Детектор имеет ступенчатую многоуровневую конструкцию, и путем регулирования соотношения компонентов InAs и InAsSb достигается плавный переход зонной структуры, что улучшает характеристики детектора. Что касается выбора материалов и процесса изготовления, в данном исследовании подробно описаны метод выращивания и параметры процесса получения материала InAs/InAsSb T2SL, используемого для изготовления детектора. Определение состава и толщины InAs/InAsSb T2SL имеет решающее значение, и для достижения баланса напряжений необходима корректировка параметров. В контексте детектирования длинноволнового инфракрасного излучения для достижения той же длины волны отсечки, что и у InAs/GaSb T2SL, требуется более толстый моноцикл InAs/InAsSb T2SL. Однако более толстый моноцикл приводит к уменьшению коэффициента поглощения в направлении роста и увеличению эффективной массы дырок в T2SL. Установлено, что добавление компонента Sb позволяет достичь большей длины волны отсечки без значительного увеличения толщины моноцикла. Однако избыточное содержание Sb может привести к сегрегации элементов Sb.

Таким образом, в качестве активного слоя APD был выбран InAs/InAs0.5Sb0.5 T2SL с группой Sb 0,5.фотодетекторВ основном, сверхрешетки InAs/InAsSb T2SL выращиваются на подложках из GaSb, поэтому необходимо учитывать роль GaSb в управлении деформацией. По сути, достижение равновесия деформации включает сравнение средней постоянной решетки сверхрешетки за один период с постоянной решетки подложки. Как правило, растягивающая деформация в InAs компенсируется сжимающей деформацией, создаваемой InAsSb, что приводит к образованию более толстого слоя InAs, чем слой InAsSb. В данном исследовании были измерены характеристики фотоэлектрического отклика лавинного фотодетектора, включая спектральную характеристику, темновой ток, шум и т. д., и подтверждена эффективность конструкции ступенчатого градиентного слоя. Проанализирован эффект лавинного умножения лавинного фотодетектора, и обсуждена взаимосвязь между коэффициентом умножения и мощностью падающего света, температурой и другими параметрами.

Рис. (A) Схематическое изображение фотодетектора на основе лавинного фотодиода (APD) для длинноволнового инфракрасного диапазона InAs/InAsSb; (B) Схематическое изображение электрических полей в каждом слое фотодетектора на основе лавинного фотодиода.