Napredek raziskav fotodetektorja InGaAs

Napredek raziskavInGaAs fotodetektor

Z eksponentno rastjo obsega prenosa komunikacijskih podatkov je tehnologija optičnega medsebojnega povezovanja nadomestila tradicionalno tehnologijo električnega medsebojnega povezovanja in postala glavna tehnologija za prenos z nizkimi izgubami in visokimi hitrostmi na srednje in dolge razdalje. Kot osrednja komponenta optičnega sprejemnikafotodetektorIma vse višje zahteve glede visoke hitrosti delovanja. Med njimi so valovodno sklopljeni fotodetektorji majhni, imajo veliko pasovno širino in jih je enostavno integrirati v čip z drugimi optoelektronskimi napravami, kar je raziskovalni poudarek na visokohitrostni fotodetekciji. So pa najbolj reprezentativni fotodetektorji v bližnjem infrardečem komunikacijskem pasu.

InGaAs je eden idealnih materialov za doseganje visokih hitrosti invisokoodzivni fotodetektorjiPrvič, InGaAs je polprevodniški material z direktno pasovno reži, njegovo širino pasovne reže pa je mogoče regulirati z razmerjem med In in Ga, kar omogoča zaznavanje optičnih signalov različnih valovnih dolžin. Med njimi se In0.53Ga0.47As popolnoma ujema z rešetko substrata InP in ima zelo visok koeficient absorpcije svetlobe v optičnem komunikacijskem pasu. Je najpogosteje uporabljen pri izdelavi fotodetektorjev in ima tudi najbolj izjemne lastnosti temnega toka in odzivnosti. Drugič, tako materiali InGaAs kot InP imajo relativno visoke hitrosti odnašanja elektronov, pri čemer so njune nasičene hitrosti odnašanja elektronov približno 1 × 107 cm/s. Medtem pa materiali InGaAs in InP pod vplivom specifičnih električnih polj kažejo učinke prekoračitve hitrosti elektronov, pri čemer njune hitrosti prekoračitve dosežejo 4 × 107 cm/s oziroma 6 × 107 cm/s. To omogoča doseganje večje pasovne širine prehoda. Trenutno so fotodetektorji InGaAs najbolj razširjeni fotodetektorji za optično komunikacijo. Razviti so bili tudi manjši detektorji površinskih incidentov z povratnim incidentom in visoko pasovno širino, ki se uporabljajo predvsem v aplikacijah, kot so visoke hitrosti in visoka nasičenost.

Vendar pa je zaradi omejitev metod spajanja detektorje površinskega incidenta težko integrirati z drugimi optoelektronskimi napravami. Zato so se z naraščajočim povpraševanjem po optoelektronski integraciji v središče raziskav postopoma znašli valovodno sklopljeni InGaAs fotodetektorji z odlično zmogljivostjo, primerni za integracijo. Med njimi skoraj vsi komercialni InGaAs fotodetektorski moduli s frekvencami 70 GHz in 110 GHz uporabljajo valovodno sklopljene strukture. Glede na razliko v materialih substratov lahko valovodno sklopljene InGaAs fotodetektorje razdelimo predvsem v dve vrsti: na osnovi INP in na osnovi Si. Material, epitaksialni na InP substratih, je visoke kakovosti in je bolj primeren za izdelavo visokozmogljivih naprav. Vendar pa je pri materialih skupine III-V, vzgojenih ali vezanih na Si substratih, zaradi različnih neusklajenosti med materiali InGaAs in Si substrati kakovost materiala ali vmesnika relativno slaba in še vedno je veliko prostora za izboljšanje delovanja naprav.

Naprava uporablja InGaAsP namesto InP kot material za območje osiromašenja. Čeprav do neke mere zmanjša hitrost nasičenega drifta elektronov, izboljša sklopitev vpadne svetlobe iz valovoda v območje absorpcije. Hkrati se odstrani kontaktna plast tipa N InGaAsP in na vsaki strani površine tipa P se oblikuje majhna reža, kar učinkovito poveča omejitev svetlobnega polja. To prispeva k večji odzivnosti naprave.