优化 APD 与 SPAD 中的光穿透深度以实现高增益带宽与超宽光谱响应
光学
2022-01-21 v1 应用物理
摘要
在雪崩光电二极管（APDs）与单光子雪崩二极管（SPADs）中控制光穿透深度起着主要作用，其通过将光输送至电场最强的倍增区附近来实现高倍增增益。此前已利用集成光子捕获纳米结构演示了针对特定波长光穿透深度的此类控制。本文中，我们展示一种优化的周期性纳米结构设计可同时控制宽范围可见光与近红外波长的穿透深度。传统硅 APD 结构因较短波长在表面附近被吸收而遭受高光载流子复合损失，而硅对较长波长吸收效率低下。该优化纳米结构设计使较短波长光更深地穿透器件，避开复合位点，同时通过将从垂直传播弯折为水平模式将较长波长限制在薄硅器件内。这种对穿透深度的调控改善了器件吸收，提升了光灵敏度，而纳米结构降低了顶表面反射率。由于光被输送至倍增区附近减少了光生载流子损失并缩短渡越时间，从而在宽光谱范围内实现 APD 与 SPAD 的高倍增增益。这些高增益 APD 与 SPAD 将在飞行时间正电子发射断层扫描（TOF-PET）、荧光寿命成像显微镜（FLIM）和脉搏血氧测定中找到其潜在应用，这些应用需要在多波长下具备高探测效率与高增益带宽。
引用
@article{arxiv.2201.07939,
title = {Optimizing the light penetration depth in APDs and SPADs for high gain-bandwidth and ultra-wide spectral response},
author = {Ahasan Ahamed and Cesar Bartolo-Perez and Ahmed Sulaiman Mayet and Soroush Ghandiparsi and Gerard Arino-Estrada and Xiangnan Zhou and Julien Bec and Shih-Yuan Wang and Laura Marcu and M. Saif Islam},
journal= {arXiv preprint arXiv:2201.07939},
year = {2022}
}
备注
7 pages, 6 figures, submitted to SPIE Photonics West (OPTO) conference