Die Technologie zur Erzeugung von Terahertz-Wellen (THz) wird häufig in Bereichen wie der Terahertz-Sensorik, der Sicherheitsbildgebung, der zerstörungsfreien Materialprüfung und der drahtlosen Hochgeschwindigkeits-Terahertz-Datenkommunikation eingesetzt. Optische Überlagerung ist eine Methode zur Erzielung einer kontinuierlichen, abstimmbaren Terahertz-Wellenemission durch Mischen von Schwebungsfrequenzsignalen zweier Lasermoden mit unterschiedlichen Lichtwellenlängen. Es gilt als einfache und effektive Lösung. Uni-traveling Carrier Photodiodes (UTC-PDs) sind als optische Mischerkomponenten Schlüsselkomponenten in optischen Heterodynprozessen zur Erzielung einer ultraschnellen OE-Umwandlung im Terahertz-Frequenzbereich. Ein modifiziertes MUTC-PD-Design (Uni-Travelling Carrier Photodetector) mit einem Hybridabsorberabschnitt weist im Vergleich zu herkömmlichen UTC-PD-Designs nachweislich eine schnellere Reaktionsgeschwindigkeit und eine höhere OE-Umwandlungseffizienz auf.PAM-XIAMENkann MUTC-PD-Epiwafer auf Basis von InP-Substrat herstellen. Die spezifische Struktur des MUTC-Fotodetektors finden Sie in der folgenden Tabelle:
1. MUTC-Fotodetektorschichtstrukturen
PAMP22175 – MUTC-PD
Nr. 1 MUTC-Fotodetektor mit Epi-Struktur
| Schicht Nr. | Material | Dicke | Dopingkonzentration (cm-3) |
| 20 | p-InP:Zn | – | – |
| 19 | p+-InGaAs:Zn | – | – |
| 18 | p+-InGaAsP:Zn(Q1,15um) | – | – |
| 17 | p+-InGaAsP:Zn(Q1.40um) | – | – |
| 16 | p+-InGaAs:Zn | – | – |
| 15 | p+-InGaAs:Zn | – | – |
| 14 | i-InGaAs | 0,01 um | – |
| 13 | n-InGaAsP:Si(Q1.50um) | – | – |
| 12 | n-InGaAsP:Si(Q1,15um) | – | – |
| 11 | n+-InP:Si | – | – |
| 10 | n-InP:Si | – | – |
| 9 | n+-InP:Si | – | – |
| 8 | n+-InGaAsP:Si(Q1.30um) | – | – |
| 7 | n+-InP:Si | – | 1×1018 |
| 6 | n+-InGaAsP:Si(Q1.30um) | – | – |
| 5 | n+-InP:Si | – | – |
| 4 | i-InP | – | – |
| 3 | n+-InGaAs:Si | – | – |
| 2 | n+-InP:Si | – | – |
| 1 | i-InGaAs | – | – |
| 0 | SI InP-Substrat | Fe-dotiert |
Nr. 2 MUTC-PD-Epitaxieschichten
| Schicht Nr. | Material | Dicke | Dopingkonzentration (cm-3) |
| 22 | p-InP:Zn | – | – |
| 21 | p+-InGaAs:Zn | – | – |
| 20 | p+-InP:Zn | – | |
| 19 | p+-InGaAsP:Zn(Q1.10um) | – | – |
| 18 | p+-InGaAsP:Zn(Q1.40um) | – | – |
| 17 | p+-InGaAs:Zn | – | – |
| 16 | p-InGaAs:Zn | – | – |
| 15 | n-InGaAs | – | nid |
| 14 | n-InGaAsP:Si(Q1.50um) | – | – |
| 13 | n-InGaAsP:Si(Q1,15um) | – | – |
| 12 | n+-InP:Si | – | – |
| 11 | n-InP:Si | – | – |
| 10 | n-InP:Si | 0,1 um | – |
| 9 | n+-InP:Si | – | – |
| 8 | n+-InGaAsP:Si(Q1.30um) | – | – |
| 7 | n+-InP:Si | – | |
| 6 | n+-InGaAsP:Si(Q1.30um) | – | – |
| 5 | n+-InP:Si | – | – |
| 4 | i-InP | – | – |
| 3 | n+-InGaAs:Si | – | – |
| 2 | n+-InP:Si | – | – |
| 1 | i-InGaAs | – | – |
| 0 | SI InP-Substrat | Fe-dotiert |
2. Über MUTC-PD
Typischerweise besteht UTC-PD aus einer Lichtabsorptionsschicht vom P-Typ und einer Übergangsschicht mit großer Bandlücke vom N-Typ, wobei nur Elektronen als aktive Träger dienen. Aufgrund der deutlich höheren Elektronenmobilität als der Lochmobilität hat die Driftgeschwindigkeit der Elektronen einen deutlichen Vorteil. Im Vergleich zum Akkumulationseffekt von Löchern in der Fotodiode ist eine höhere Intensität des einfallenden Lichts erforderlich, um den Akkumulationseffekt von Elektronen in der Fotodiode zu bewirken (dh Schwellenwertlichtintensität). Daher kann die UTC-Fotodiode den Raumladungseffekt wirksam unterdrücken, wodurch der UTC-Fotodetektor auch bei hoher einfallender Lichtintensität und hohen Strombedingungen eine Hochgeschwindigkeitssignalausgabe aufrechterhalten kann.
Die MUTC-Fotodiodenstruktur ist eine Verbesserung gegenüber der UTC-Struktur, um die Leistungsfähigkeit und Reaktionsfähigkeit zu verbessern und gleichzeitig eine hohe Bandbreite beizubehalten. Durch Einfügen einer entsprechend dicken undotierten InGaAs-Schicht zwischen der nicht erschöpften InGaAs-Absorptionsschicht und der InP-Driftschicht kann die Empfindlichkeit der UTC-Fotodiode erhöht werden. Die InP-Driftschicht ist als Ladungskompensationsschicht mit n dotiert, um den Raumladungsabschirmeffekt bei hohen Stromdichten zu reduzieren. Die Ladungskompensationsschicht verzerrt das eingebaute elektrische Feld vor, um eine flache elektrische Feldverteilung bei hoher Stromdichte zu erreichen.
Eine typische MUTC-Fotodetektorstruktur, die bei einer Wellenlänge von 1550 nm arbeitet, umfasst mehrere Hauptkomponenten, darunter eine stark p-dotierte InGaAs-Absorptionsschicht und eine leicht n-dotierte InP-Elektronensammelschicht. Die dünne undotierte InGaAsP-Schicht zwischen der Absorptionsschicht und der Kollektorschicht bildet einen abgestuften Bandlückenübergang. In der MUTC-PD-Struktur erfährt ein Teil des Absorbers eine leichte n-Dotierung und wird bei entsprechender Sperrvorspannung vollständig verarmt. Im Vergleich zu herkömmlichem UTC-PD werden fotogenerierte Träger durch das starke elektrische Feld beschleunigt, das in der Verarmungsregion erzeugt wird, was die Reaktionsgeschwindigkeit von MUTC PD beschleunigt.
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