改进型单行进载流子光电探测器（MUTC PD）外延生长 *E
太赫兹波产生技术广泛应用于太赫兹传感、安全成像、无损材料检测和高速太赫兹无线数据通信等领域。光外差是一种通过将两种激光模式的拍频信号与不同波长的光混合来实现连续可调谐太赫兹波发射的方法。这被认为是一个简单有效的解决方案。单行波载流子光电二极管（UTC PD）作为光混频器组件，是实现太赫兹频率范围内超快O-E转换的光外差过程中的关键组件。与传统的UTC-PD设计相比，具有混合吸收体部分的改进的单行进载流子光电探测器（MUTC PD）设计已被证明具有更快的响应速度和更高的O-E转换效率。可供InP基MUTC光电探测器外延片，具体结构见下表：
1. 改进型单行进载流子光电探测器（MUTC PD）外延片参数
CSP22175 – MUTC-PD
结构1：
| 序号 | 外延材料 | 厚度 | 掺杂浓度(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 | 0.01um | – |
| 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 Substrate | Fe-doped |
结构2：
| 序号 | 外延材料 | 厚度 | 掺杂浓度(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 | 0.1um | – |
| 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 Substrate | Fe-doped |
2. 关于改进的单行进载流子光电探测器
通常，UTC-PD采用P型光吸收层和N型宽带隙结层构成，仅电子作为有源载流子。电子的迁移率显著高于空穴的迁移率，因而电子漂移速度具有明显优势。相比于光电二极管中空穴的累积效应，需要更高的入射光强度才能激发光电二极管中的电子累积效应，也就是所谓的阈值光强度。因此，UTC光电二极管能够有效抑制空间电荷效应，从而使得UTC光电探测器在高入射光强和高电流条件下保持高速信号输出。
MUTC光电二极管结构是对UTC结构的改进，以增强高功率能力和响应能力，同时保持高带宽。通过在未耗尽的InGaAs吸收层和InP漂移层之间插入适当厚度的未掺杂InGaAs层，可以增加UTC光电二极管的响应度。InP漂移层掺杂n作为电荷补偿层，以减少高电流密度下的空间电荷屏蔽效应。电荷补偿层预失真内置电场，以在高电流密度下实现平坦的电场分布。
在1550nm波长下工作的典型MUTC光电探测器结构包括几个主要部件，包括重p掺杂InGaAs吸收层和轻n掺杂InP电子收集层。吸收层和集电极层之间的薄的未掺杂InGaAsP层形成渐变带隙跃迁，其能带结构如图1所示。在MUTC-PD结构中，吸收体的一部分将经历温和的n-掺杂，并且将在适当的反向偏压下完全耗尽。与传统的UTC-PD相比，光生载流子被耗尽区产生的强电场加速，这加快了MUTC PD的响应速度。
图1 MUTC-PD的能带示意图（显示了吸收体、集电极和InGaAsP过渡层。箭头表示光生电子（实心圆）和空穴（空心圆）运动的方向。）
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