နှင်းလျှောစီးမှု ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာ (APD ဖိုတိုထောက်လှမ်းကိရိယာ) ၏ အခြေခံမူနှင့် လက်ရှိအခြေအနေ အပိုင်းနှစ်

အခြေခံမူနှင့် လက်ရှိအခြေအနေနှင်းထုပြိုကျမှု ဓာတ်ပုံထောက်လှမ်းကိရိယာ (APD အလင်းရှာဖွေကိရိယာ) အပိုင်းနှစ်

၂.၂ APD ချစ်ပ်ဖွဲ့စည်းပုံ
စွမ်းဆောင်ရည်မြင့် စက်ပစ္စည်းများ၏ အခြေခံအာမခံချက်မှာ သင့်တင့်လျောက်ပတ်သော ချစ်ပ်ဖွဲ့စည်းပုံဖြစ်သည်။ APD ၏ ဖွဲ့စည်းပုံဒီဇိုင်းသည် အဓိကအားဖြင့် RC အချိန်ကိန်းသေ၊ heterojunction တွင် အပေါက်ဖမ်းယူမှု၊ depletion region မှတစ်ဆင့် carrier transit အချိန် စသည်တို့ကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားသည်။ ၎င်း၏ဖွဲ့စည်းပုံ ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုကို အောက်တွင် အကျဉ်းချုပ်ဖော်ပြထားသည်။

(၁) အခြေခံဖွဲ့စည်းပုံ
အရိုးရှင်းဆုံး APD ဖွဲ့စည်းပုံသည် PIN photodiode ပေါ်တွင်အခြေခံထားပြီး P ဒေသနှင့် N ဒေသကို များစွာ doped လုပ်ထားပြီး N-type သို့မဟုတ် P-type doubly-repellant ဒေသကို အနီးနားရှိ P ဒေသ သို့မဟုတ် N ဒေသတွင် ထည့်သွင်းပြီး ဒုတိယအီလက်ထရွန်များနှင့် အပေါက်အတွဲများကို ထုတ်လုပ်ပေးသောကြောင့် primary photocurrent ၏ amplification ကို သဘောပေါက်သည်။ InP စီးရီးပစ္စည်းများအတွက်၊ အပေါက်သက်ရောက်မှု ionization coefficient သည် electron impact ionization coefficient ထက် ပိုများသောကြောင့် N-type doping ၏ gain ဒေသကို P ဒေသတွင် ထားလေ့ရှိသည်။ အကောင်းဆုံးအခြေအနေတွင်၊ အပေါက်များကိုသာ gain ဒေသထဲသို့ ထိုးသွင်းသောကြောင့် ဤဖွဲ့စည်းပုံကို hole-injected structure ဟုခေါ်သည်။

(၂) စုပ်ယူမှုနှင့် ရရှိမှုကို ခွဲခြားထားသည်
InP ၏ ကျယ်ပြန့်သော band gap ဝိသေသလက္ခဏာများကြောင့် (InP သည် 1.35 eV ဖြစ်ပြီး InGaAs သည် 0.75 eV)၊ InP ကို ​​gain zone ပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုလေ့ရှိပြီး InGaAs ကို absorption zone ပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုလေ့ရှိသည်။

(3) absorption, gradient နှင့် gain (SAGM) ဖွဲ့စည်းပုံများကို အသီးသီး အဆိုပြုထားပါသည်။
လက်ရှိတွင်၊ စီးပွားဖြစ် APD စက်ပစ္စည်းအများစုသည် InP/InGaAs ပစ္စည်းကို အသုံးပြုကြပြီး၊ InGaAs ကို absorption layer အဖြစ် အသုံးပြုကြပြီး၊ မြင့်မားသော လျှပ်စစ်စက်ကွင်း (>5x105V/cm2) အောက်ရှိ InP ကို ​​breakdown မရှိဘဲ gain zone ပစ္စည်းအဖြစ် အသုံးပြုနိုင်ပါသည်။ ဤပစ္စည်းအတွက်၊ ဤ APD ၏ ဒီဇိုင်းမှာ N-type InP တွင် avalanche လုပ်ငန်းစဉ်ကို အပေါက်များ တိုက်မိခြင်းဖြင့် ဖြစ်ပေါ်လာစေရန်ဖြစ်သည်။ InP နှင့် InGaAs အကြား band gap ကွာခြားချက်ကြီးမားမှုကို ထည့်သွင်းစဉ်းစားလျှင်၊ valence band တွင် 0.4 eV ခန့်ရှိသော စွမ်းအင်အဆင့်ကွာခြားချက်သည် InP multiplier layer မရောက်မီ heterojunction အစွန်းတွင် InGaAs absorption layer တွင် ဖြစ်ပေါ်လာသော အပေါက်များကို ပိတ်ဆို့စေပြီး မြန်နှုန်းကို သိသိသာသာ လျော့ကျစေသောကြောင့်၊ ဤ APD ၏ response time ရှည်လျားပြီး bandwidth ကျဉ်းမြောင်းစေသည်။ ဤပြဿနာကို ပစ္စည်းနှစ်ခုကြားတွင် InGaAsP transition layer တစ်ခုထည့်ခြင်းဖြင့် ဖြေရှင်းနိုင်သည်။

(4) absorption, gradient, charge နှင့် gain (SAGCM) ဖွဲ့စည်းပုံများကို အသီးသီး အဆိုပြုထားပါသည်။
absorption layer နှင့် gain layer ၏ လျှပ်စစ်စက်ကွင်းဖြန့်ဖြူးမှုကို ပိုမိုချိန်ညှိရန်အတွက် charge layer ကို device ဒီဇိုင်းထဲသို့ ထည့်သွင်းထားပြီး ၎င်းသည် device ၏ အမြန်နှုန်းနှင့် တုံ့ပြန်မှုကို သိသိသာသာ တိုးတက်စေသည်။

(၅) Resonator မြှင့်တင်ထားသော (RCE) SAGCM ဖွဲ့စည်းပုံ
အထက်ဖော်ပြပါ ရိုးရာ detector များ၏ အကောင်းဆုံးဒီဇိုင်းတွင်၊ absorption layer ၏အထူသည် device ၏အမြန်နှုန်းနှင့် quantum efficiency အတွက် ဆန့်ကျင်ဘက်အချက်တစ်ခုဖြစ်သည်ဟူသောအချက်ကို ကျွန်ုပ်တို့ရင်ဆိုင်ရမည်ဖြစ်သည်။ absorbing layer ၏ပါးလွှာသောအထူသည် carrier transit time ကိုလျှော့ချနိုင်သောကြောင့် bandwidth ကြီးမားစွာရရှိနိုင်သည်။ သို့သော်၊ တစ်ချိန်တည်းမှာပင်၊ ပိုမိုမြင့်မားသော quantum efficiency ရရှိရန်၊ absorption layer တွင် လုံလောက်သောအထူရှိရန်လိုအပ်သည်။ ဤပြဿနာအတွက်ဖြေရှင်းချက်မှာ resonant cavity (RCE) structure ဖြစ်နိုင်သည်။ ဆိုလိုသည်မှာ distributed Bragg Reflector (DBR) ကို device ၏အောက်ခြေနှင့်အပေါ်တွင် ဒီဇိုင်းထုတ်ထားသည်။ DBR မှန်တွင်ဖွဲ့စည်းပုံတွင် refractive index နိမ့်သောနှင့် refractive index မြင့်မားသောပစ္စည်းနှစ်မျိုးပါဝင်ပြီး နှစ်ခုစလုံးသည် အလှည့်ကျကြီးထွားပြီး အလွှာတစ်ခုစီ၏အထူသည် semiconductor တွင် 1/4 အလင်းလှိုင်းအလျားနှင့်ကိုက်ညီသည်။ detector ၏ resonator structure သည် speed လိုအပ်ချက်များနှင့်ကိုက်ညီနိုင်ပြီး absorption layer ၏အထူကို အလွန်ပါးလွှာစေနိုင်ပြီး electron ၏ quantum efficiency သည် reflections အများအပြားပြုလုပ်ပြီးနောက် တိုးလာသည်။

(၆) အနားကွပ်-ချိတ်ဆက်ထားသော လှိုင်းလမ်းညွှန်ဖွဲ့စည်းပုံ (WG-APD)
absorption layer thickness ရဲ့ device speed နဲ့ quantum efficiency အပေါ် သက်ရောက်မှု အမျိုးမျိုးရဲ့ ဆန့်ကျင်ဘက်ဖြစ်မှုကို ဖြေရှင်းဖို့ နောက်ထပ်ဖြေရှင်းနည်းတစ်ခုကတော့ edge-coupled waveguide structure ကို မိတ်ဆက်ပေးဖို့ပါပဲ။ ဒီ structure က absorption layer က အရမ်းရှည်တာကြောင့် quantum efficiency မြင့်မားဖို့ လွယ်ကူပြီး တစ်ချိန်တည်းမှာပဲ absorption layer ကို အရမ်းပါးလွှာအောင် ပြုလုပ်နိုင်တာကြောင့် carrier transit time ကို လျှော့ချပေးပါတယ်။ ဒါကြောင့် ဒီ structure က absorption layer ရဲ့ အထူပေါ်မှာ bandwidth နဲ့ efficiency ရဲ့ ကွဲပြားတဲ့ မှီခိုမှုကို ဖြေရှင်းပေးပြီး မြင့်မားတဲ့ rate နဲ့ မြင့်မားတဲ့ quantum efficiency APD ကို ရရှိဖို့ မျှော်လင့်ရပါတယ်။ WG-APD ရဲ့ လုပ်ငန်းစဉ်က RCE APD ထက် ပိုရိုးရှင်းပြီး DBR mirror ရဲ့ ရှုပ်ထွေးတဲ့ ပြင်ဆင်မှု လုပ်ငန်းစဉ်ကို ဖယ်ရှားပေးပါတယ်။ ဒါကြောင့် လက်တွေ့နယ်ပယ်မှာ ပိုပြီးဖြစ်နိုင်ချေရှိပြီး common plane optical connection အတွက် သင့်တော်ပါတယ်။

၃။ နိဂုံးချုပ်
နှင်းလျှောစီးမှု ဖွံ့ဖြိုးတိုးတက်မှုဓာတ်ပုံရှာဖွေကိရိယာပစ္စည်းများနှင့် ကိရိယာများကို ပြန်လည်သုံးသပ်ထားသည်။ InP ပစ္စည်းများ၏ အီလက်ထရွန်နှင့် အပေါက်ချင်းတိုက်မိခြင်း ionization နှုန်းများသည် InAlAs များနှင့် နီးစပ်ပြီး carrier symbions နှစ်ခု၏ double process ကို ဦးတည်စေပြီး avalanche တည်ဆောက်ချိန် ပိုကြာစေပြီး ဆူညံသံ တိုးလာစေသည်။ သန့်စင်သော InAlAs ပစ္စည်းများနှင့် နှိုင်းယှဉ်ပါက InGaAs (P) /InAlAs နှင့် In (Al) GaAs/InAlAs quantum well structures များတွင် collision ionization coefficients အချိုး ပိုများသောကြောင့် ဆူညံသံစွမ်းဆောင်ရည်ကို များစွာပြောင်းလဲနိုင်သည်။ ဖွဲ့စည်းပုံအရ resonator enhanced (RCE) SAGCM ဖွဲ့စည်းပုံနှင့် edge-coupled waveguide structure (WG-APD) များကို device speed နှင့် quantum efficiency အပေါ် absorption layer thickness ၏ ကွဲပြားသောအကျိုးသက်ရောက်မှုများ၏ ဆန့်ကျင်ဘက်များကို ဖြေရှင်းရန် တီထွင်ထားသည်။ လုပ်ငန်းစဉ်၏ ရှုပ်ထွေးမှုကြောင့် ဤဖွဲ့စည်းပုံနှစ်ခု၏ အပြည့်အဝလက်တွေ့အသုံးချမှုကို ပိုမိုလေ့လာရန် လိုအပ်ပါသည်။