Fotodetektorji visoke hitrosti so predstavljeni s fotodetektorji InGaAs

Fotodetektorje visoke hitrosti so predstaviliInGaAs fotodetektorji

Hitri fotodetektorjina področju optičnih komunikacij so predvsem III-V InGaAs fotodetektorji in IV polni Si in Ge/Si fotodetektorji. Prvi je tradicionalni detektor bližnje infrardeče svetlobe, ki že dolgo prevladuje, medtem ko se drugi opira na silicijevo optično tehnologijo, da postane vzhajajoča zvezda, in je v zadnjih letih vroča točka na področju mednarodnih raziskav optoelektronike. Poleg tega se novi detektorji na osnovi perovskita, organskih in dvodimenzionalnih materialov hitro razvijajo zaradi prednosti enostavne obdelave, dobre fleksibilnosti in nastavljivih lastnosti. Med temi novimi detektorji in tradicionalnimi anorganskimi fotodetektorji obstajajo pomembne razlike v lastnostih materiala in proizvodnih procesih. Perovskitni detektorji imajo odlične lastnosti absorpcije svetlobe in učinkovito zmogljivost prenosa naboja, detektorji organskih materialov se pogosto uporabljajo zaradi nizkih stroškov in prožnih elektronov, detektorji dvodimenzionalnih materialov pa so pritegnili veliko pozornosti zaradi svojih edinstvenih fizikalnih lastnosti in visoke mobilnosti nosilcev. Vendar je treba nove detektorje v primerjavi z detektorji InGaAs in Si/Ge še izboljšati v smislu dolgoročne stabilnosti, zrelosti proizvodnje in integracije.

InGaAs je eden od idealnih materialov za izdelavo fotodetektorjev visoke hitrosti in visokega odziva. Prvič, InGaAs je polprevodniški material z neposrednim pasovnim razmikom, njegovo širino pasovnega razmika pa je mogoče regulirati z razmerjem med In in Ga, da se doseže zaznavanje optičnih signalov različnih valovnih dolžin. Med njimi se In0,53Ga0,47As popolnoma ujema z mrežo substrata InP in ima velik koeficient absorpcije svetlobe v pasu optične komunikacije, ki se najpogosteje uporablja pri pripravifotodetektorji, najboljši pa sta tudi temni tok in odzivnost. Drugič, oba materiala InGaAs in InP imata visoko hitrost odnašanja elektronov, njihova nasičena hitrost odnašanja elektronov pa je približno 1 × 107 cm/s. Hkrati imajo materiali InGaAs in InP učinek prekoračitve hitrosti elektronov pod specifičnim električnim poljem. Hitrost prekoračitve lahko razdelimo na 4 × 107 cm/s in 6 × 107 cm/s, kar je ugodno za doseganje večje časovno omejene pasovne širine nosilca. Trenutno je fotodetektor InGaAs najpogostejši fotodetektor za optično komunikacijo, na trgu pa se večinoma uporablja metoda spajanja površinskega vpada, uresničeni pa so bili izdelki detektorja površinskega vpada 25 Gbaud/s in 56 Gbaud/s. Razviti so bili tudi detektorji površinskega vpada manjše velikosti, povratnega vpada in velike pasovne širine, ki so primerni predvsem za aplikacije z visoko hitrostjo in visoko nasičenostjo. Vendar je sonda, ki vpada na površino, omejena s svojim načinom spajanja in jo je težko integrirati z drugimi optoelektronskimi napravami. Zato so z izboljšanjem zahtev za optoelektronsko integracijo valovodno sklopljeni fotodetektorji InGaAs z odlično zmogljivostjo in primerni za integracijo postopoma postali žarišče raziskav, med katerimi komercialni 70 GHz in 110 GHz InGaAs fotosondni moduli skoraj vsi uporabljajo valovodno sklopljene strukture. Glede na različne substratne materiale lahko fotoelektrično sondo InGaAs, ki povezuje valovod, razdelimo v dve kategoriji: InP in Si. Epitaksialni material na InP substratu je visoke kakovosti in je bolj primeren za pripravo visoko zmogljivih naprav. Vendar pa različna neskladja med materiali III-V, materiali InGaAs in substrati Si, gojenimi ali vezanimi na substrate Si, vodijo do relativno slabe kakovosti materiala ali vmesnika, zmogljivost naprave pa ima še vedno veliko prostora za izboljšave.