A nagy sebességű fotodetektorokat az InGaAs fotodetektorok vezetik be

A nagy sebességű fotodetektorokat aInGaAs fotodetektorok

Nagy sebességű fotodetektorokaz optikai kommunikáció területén elsősorban III-V InGaAs fotodetektorok és IV full Si és Ge/Si fotodetektorok. Előbbi egy hagyományos közeli infravörös detektor, amely régóta domináns, míg az utóbbi a szilícium optikai technológiára támaszkodik, hogy feltörekvő csillaggá váljon, és az utóbbi évek nemzetközi optoelektronikai kutatásainak egyik felkapott pontja. Emellett a perovszkit, szerves és kétdimenziós anyagokon alapuló új detektorok rohamosan fejlődnek a könnyű feldolgozhatóság, a jó rugalmasság és a hangolható tulajdonságok előnyeinek köszönhetően. Jelentős különbségek vannak ezen új detektorok és a hagyományos szervetlen fotodetektorok között az anyagtulajdonságok és a gyártási folyamatok tekintetében. A perovszkit detektorok kiváló fényelnyelési jellemzőkkel és hatékony töltésátviteli kapacitással rendelkeznek, a szervesanyag-detektorokat széles körben használják alacsony költségük és rugalmas elektronjaik miatt, a kétdimenziós anyagdetektorok pedig egyedi fizikai tulajdonságaik és nagy hordozómobilitásuk miatt keltettek nagy figyelmet. Az InGaAs és Si/Ge detektorokhoz képest azonban az új detektorokat még javítani kell a hosszú távú stabilitás, a gyártási érettség és az integráció szempontjából.

Az InGaAs az egyik ideális anyag a nagy sebességű és nagy válaszadású fotodetektorok megvalósításához. Mindenekelőtt az InGaAs egy közvetlen sávszélességű félvezető anyag, melynek sávszélessége az In és Ga arányával szabályozható a különböző hullámhosszú optikai jelek detektálása érdekében. Ezek közül az In0,53Ga0,47As tökéletesen illeszkedik az InP szubsztrát rácsához, és nagy fényelnyelési együtthatóval rendelkezik az optikai kommunikációs sávban, amelyet a legszélesebb körben használnakfotodetektorok, és a sötét áram és a reakcióképesség is a legjobb. Másodszor, az InGaAs és az InP anyagok egyaránt nagy elektronsodródási sebességgel rendelkeznek, és telített elektronsodródási sebességük körülbelül 1 × 107 cm/s. Ugyanakkor az InGaAs és InP anyagoknak elektronsebesség-túllövés hatása van specifikus elektromos térben. A túllövési sebesség 4 × 107 cm/s és 6 × 107 cm/s értékre osztható, ami elősegíti a nagyobb vivő időben korlátozott sávszélesség megvalósítását. Jelenleg az InGaAs fotodetektor az optikai kommunikáció leggyakrabban használt fotodetektora, és a piacon leginkább a felületi beesés-csatolási módszert alkalmazzák, és elkészültek a 25 Gbaud/s és 56 Gbaud/s felületi beesési detektor termékek. Kisebb méretű, visszaesési és nagy sávszélességű felületi beesési detektorokat is fejlesztettek, amelyek elsősorban nagy sebességű és nagy telítettségű alkalmazásokhoz alkalmasak. A felületre beeső szondát azonban korlátozza csatolási módja, és nehéz integrálni más optoelektronikai eszközökkel. Ezért az optoelektronikai integrációs követelmények javulásával fokozatosan a kutatás fókuszába kerültek a kiváló teljesítményű, integrálásra alkalmas hullámvezető csatolású InGaAs fotodetektorok, amelyek között a kereskedelmi forgalomban kapható 70 GHz-es és 110 GHz-es InGaAs fotoszonda modulok szinte mindegyike hullámvezető csatolású szerkezetet használ. A különböző hordozóanyagok szerint a hullámvezető csatoló InGaAs fotoelektromos szonda két kategóriába sorolható: InP és Si. Az InP hordozón lévő epitaxiális anyag kiváló minőségű, és alkalmasabb nagy teljesítményű eszközök készítésére. Azonban a III-V anyagok, az InGaAs anyagok és a Si szubsztrátumokon termesztett vagy ragasztott Si szubsztrátok közötti különböző eltérések viszonylag rossz anyag- vagy interfészminőséghez vezetnek, és az eszköz teljesítményén még mindig van mit javítani.