Abstract: Cov qauv yooj yim thiab txoj cai ua haujlwm ntawm avalanche photodetector (APD photodetector) tau qhia, cov txheej txheem kev hloov pauv ntawm cov qauv khoom siv tau raug tshuaj xyuas, qhov xwm txheej kev tshawb fawb tam sim no tau raug sau tseg, thiab kev txhim kho yav tom ntej ntawm APD tau raug kawm yav tom ntej.
1. Kev Taw Qhia
Lub photodetector yog ib lub cuab yeej uas hloov cov teeb liab teeb rau hauv cov teeb liab hluav taws xob. Hauv ib qholub tshuab ntsuas duab semiconductor, tus neeg nqa khoom uas tsim los ntawm daim duab photon nkag mus rau hauv lub voj voog sab nraud raws li qhov hluav taws xob bias thiab tsim cov photocurrent ntsuas tau. Txawm tias ntawm qhov teb siab tshaj plaws, PIN photodiode tsuas yog tuaj yeem tsim ib khub ntawm cov khub electron-hole ntawm qhov siab tshaj plaws, uas yog ib lub cuab yeej tsis muaj qhov nce sab hauv. Rau qhov teb zoo dua, avalanche photodiode (APD) tuaj yeem siv. Qhov cuam tshuam amplification ntawm APD ntawm photocurrent yog raws li qhov cuam tshuam ionization sib tsoo. Hauv qee qhov xwm txheej, cov electrons thiab qhov accelerated tuaj yeem tau txais lub zog txaus los sib tsoo nrog lub lattice los tsim ib khub tshiab ntawm cov khub electron-hole. Cov txheej txheem no yog ib qho kev sib txuas lus saw, yog li ntawd cov khub ntawm cov khub electron-hole tsim los ntawm lub teeb absorption tuaj yeem tsim ntau tus khub electron-hole thiab tsim ib qho photocurrent loj thib ob. Yog li ntawd, APD muaj kev teb siab thiab kev nce sab hauv, uas txhim kho qhov sib piv ntawm lub teeb liab-rau-suab nrov ntawm lub cuab yeej. APD feem ntau yuav siv rau hauv kev sib txuas lus fiber ntau lossis me dua nrog lwm yam kev txwv ntawm lub zog optical tau txais. Tam sim no, ntau tus kws tshaj lij kho qhov muag pom kev zoo siab txog qhov kev cia siab ntawm APD, thiab ntseeg tias kev tshawb fawb ntawm APD yog qhov tsim nyog los txhim kho kev sib tw thoob ntiaj teb ntawm cov teb cuam tshuam.
2. Kev txhim kho txuj ci ntawmlub tshuab ntes duab av qeeg(APD photodetector)
2.1 Cov Khoom Siv
(1)Si photodetector
Cov thev naus laus zis khoom siv Si yog ib qho thev naus laus zis laus uas siv dav hauv kev lag luam microelectronics, tab sis nws tsis haum rau kev npaj cov khoom siv hauv qhov ntau ntawm 1.31mm thiab 1.55mm uas feem ntau lees txais hauv kev sib txuas lus kho qhov muag.
(2) Ge
Txawm hais tias qhov kev teb spectral ntawm Ge APD yog qhov tsim nyog rau qhov xav tau ntawm kev poob qis thiab kev sib kis tsawg hauv kev sib kis fiber ntau, muaj teeb meem loj hauv cov txheej txheem npaj. Tsis tas li ntawd, Ge's electron thiab qhov ionization rate ratio ze rau () 1, yog li nws nyuaj rau npaj cov khoom siv APD ua haujlwm siab.
(3) Hauv0.53Ga0.47As/HauvP
Nws yog ib txoj hauv kev zoo los xaiv In0.53Ga0.47As ua txheej nqus lub teeb ntawm APD thiab InP ua txheej sib npaug. Lub ncov nqus ntawm In0.53Ga0.47As cov khoom siv yog 1.65mm, 1.31mm, 1.55mm wavelength yog li 104cm-1 siab nqus coefficient, uas yog cov khoom siv nyiam rau txheej nqus ntawm lub teeb ntes tam sim no.
(4)InGaAs photodetector/Hauvlub tshuab ntes duab
Los ntawm kev xaiv InGaAsP ua txheej nqus lub teeb thiab InP ua txheej sib npaug, APD nrog qhov ntev ntawm 1-1.4 hli, kev ua haujlwm siab quantum, qhov tam sim no tsaus ntuj qis thiab qhov nce siab ntawm avalanche tuaj yeem npaj tau. Los ntawm kev xaiv cov khoom sib xyaw sib txawv, kev ua tau zoo tshaj plaws rau cov ntev ntawm cov wavelengths tshwj xeeb tau ua tiav.
(5) InGaAs/InAlAs
Cov khoom siv In0.52Al0.48As muaj qhov sib txawv ntawm cov kab (1.47eV) thiab tsis nqus tau ntawm qhov ntev ntawm 1.55 hli. Muaj pov thawj tias cov txheej nyias nyias In0.52Al0.48As epitaxial tuaj yeem tau txais cov yam ntxwv zoo dua li InP ua cov txheej sib npaug hauv qab qhov xwm txheej ntawm kev txhaj tshuaj hluav taws xob ntshiab.
(6) InGaAs/InGaAs (P) /InAlAs thiab InGaAs/Hauv (Al) GaAs/InAlAs
Qhov cuam tshuam ntawm cov khoom siv ionization yog ib qho tseem ceeb uas cuam tshuam rau kev ua haujlwm ntawm APD. Cov txiaj ntsig qhia tau tias qhov kev sib tsoo ntawm cov txheej multiplier tuaj yeem txhim kho los ntawm kev qhia txog InGaAs (P) /InAlAs thiab In (Al) GaAs / InAlAs superlattice qauv. Los ntawm kev siv cov qauv superlattice, kev tsim cov kab ke tuaj yeem tswj tau qhov tsis sib xws ntawm cov kab sib txuas ntawm cov kab sib txuas thiab cov nqi valence band, thiab xyuas kom meej tias qhov tsis sib xws ntawm cov kab sib txuas loj dua li qhov tsis sib xws ntawm cov kab sib txuas (ΔEc>>ΔEv). Piv nrog cov khoom siv InGaAs, InGaAs / InAlAs quantum zoo electron ionization rate (a) tau nce ntxiv, thiab electrons thiab qhov tau txais lub zog ntxiv. Vim yog ΔEc>>ΔEv, nws tuaj yeem cia siab tias lub zog tau los ntawm electrons ua rau electron ionization rate ntau dua li qhov kev koom tes ntawm lub zog qhov rau qhov ionization rate (b). Qhov piv (k) ntawm electron ionization rate rau qhov ionization rate nce ntxiv. Yog li ntawd, cov khoom lag luam siab-bandwidth (GBW) thiab kev ua tau zoo suab nrov qis tuaj yeem tau txais los ntawm kev siv cov qauv superlattice. Txawm li cas los xij, qhov InGaAs / InAlAs quantum qhov dej qauv APD no, uas tuaj yeem ua rau tus nqi k nce ntxiv, nyuaj rau siv rau cov khoom txais optical. Qhov no yog vim tias qhov sib npaug uas cuam tshuam rau qhov teb siab tshaj plaws yog txwv los ntawm qhov tsaus ntuj tam sim no, tsis yog lub suab nrov sib npaug. Hauv cov qauv no, qhov tsaus ntuj tam sim no feem ntau yog tshwm sim los ntawm qhov cuam tshuam ntawm qhov tunneling ntawm InGaAs qhov dej txheej nrog qhov sib txawv nqaim, yog li kev qhia txog qhov sib txawv dav dav quaternary alloy, xws li InGaAsP lossis InAlGaAs, es tsis txhob InGaAs ua qhov dej txheej ntawm qhov quantum qhov dej qauv tuaj yeem tiv thaiv qhov tsaus ntuj tam sim no.
Lub sijhawm tshaj tawm: Kaum Ib Hlis-13-2023