Visokohitrostne fotodetektorje uvajajo InGaAs fotodetektorji

Visokohitrostne fotodetektorje uvajaInGaAs fotodetektorji

Visokohitrostni fotodetektorjiNa področju optičnih komunikacij vključujejo predvsem III-V InGaAs fotodetektorje in IV polne Si in Ge/Si fotodetektorjiPrvi je tradicionalni detektor bližnje infrardeče svetlobe, ki je že dolgo prevladoval, medtem ko se drugi zanaša na silicijevo optično tehnologijo, da bi postal 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 materialov in proizvodnih procesih. Perovskitni detektorji imajo odlične lastnosti absorpcije svetlobe in učinkovito prenosno zmogljivost naboja, detektorji organskih materialov se pogosto uporabljajo zaradi nizkih stroškov in fleksibilnih elektronov, detektorji dvodimenzionalnih materialov pa so pritegnili veliko pozornosti zaradi svojih edinstvenih fizikalnih lastnosti in visoke mobilnosti nosilcev naboja. Vendar pa je treba v primerjavi z detektorji InGaAs in Si/Ge nove detektorje še izboljšati glede dolgoročne stabilnosti, proizvodne zrelosti in integracije.

InGaAs je eden idealnih materialov za izdelavo visokohitrostnih in odzivnih fotodetektorjev. Najprej je InGaAs polprevodniški material z direktno pasovno režijo, širino pasovne reže 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 rešetko substrata InP in ima velik koeficient absorpcije svetlobe v optičnem komunikacijskem pasu, ki se najpogosteje uporablja pri pripravi...fotodetektorji, temni tok in odzivnost pa sta prav tako najboljša. Drugič, materiali InGaAs in InP imajo visoko hitrost odnašanja elektronov, njihova nasičena hitrost odnašanja elektronov pa je približno 1 × 107 cm/s. Hkrati imata materiala 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 omogoča doseganje večje, časovno omejene pasovne širine nosilca. Trenutno je fotodetektor InGaAs najbolj razširjen fotodetektor za optično komunikacijo, na trgu pa se večinoma uporablja metoda sklopitve površinskega vpada, pri čemer so bili izdelani izdelki za površinski vpadni detektorji s hitrostjo 25 Gbaud/s in 56 Gbaud/s. Razviti so bili tudi površinski vpadni detektorji manjših dimenzij, povratnega vpada in velike pasovne širine, ki so primerni predvsem za aplikacije z visoko hitrostjo in visoko nasičenostjo. Vendar pa je sonda za površinski vpad omejena zaradi načina sklopitve in jo je težko integrirati z drugimi optoelektronskimi napravami. Zato so se z izboljšanjem zahtev za optoelektronsko integracijo postopoma v središču raziskav valovno vezani InGaAs fotodetektorji z odlično zmogljivostjo in primernostjo za integracijo. Med njimi skoraj vsi komercialni 70 GHz in 110 GHz InGaAs fotosondni moduli uporabljajo valovno vezane strukture. Glede na različne materiale substrata lahko valovno vezane InGaAs fotoelektrične sonde razdelimo v dve kategoriji: InP in Si. Epitaksialni material na InP substratu je visoke kakovosti in je bolj primeren za izdelavo visokozmogljivih naprav. Vendar pa različna neskladja med III-V materiali, InGaAs materiali in Si substrati, vzgojenimi ali vezanimi na Si substrate, vodijo do relativno slabe kakovosti materiala ali vmesnika, delovanje naprave pa se še vedno lahko izboljša.