Высокоскоростные фотодетекторы представленыInGaAs фотодетекторы
Высокоскоростные фотодетекторыв области оптической связи в основном включают фотодетекторы III-V InGaAs и IV full Si и Ge/Si фотодетекторы. Первый представляет собой традиционный детектор ближнего инфракрасного диапазона, который доминировал в течение длительного времени, в то время как второй опирается на кремниевую оптическую технологию, чтобы стать восходящей звездой, и является горячей точкой в области международных исследований оптоэлектроники в последние годы. Кроме того, новые детекторы на основе перовскита, органических и двумерных материалов быстро развиваются благодаря преимуществам простоты обработки, хорошей гибкости и настраиваемых свойств. Между этими новыми детекторами и традиционными неорганическими фотодетекторами существуют значительные различия в свойствах материалов и процессах производства. Перовскитные детекторы обладают превосходными характеристиками поглощения света и эффективной емкостью переноса заряда, детекторы на органических материалах широко используются благодаря своей низкой стоимости и гибким электронам, а детекторы на двумерных материалах привлекли большое внимание благодаря своим уникальным физическим свойствам и высокой подвижности носителей заряда. Однако по сравнению с детекторами InGaAs и Si/Ge новые детекторы все еще нуждаются в улучшении с точки зрения долговременной стабильности, производственной зрелости и интеграции.
InGaAs — один из идеальных материалов для создания быстродействующих и высокочувствительных фотодетекторов. Прежде всего, InGaAs — это прямозонный полупроводниковый материал, ширина запрещенной зоны которого может регулироваться соотношением In и Ga для регистрации оптических сигналов различной длины волны. Среди них In0.53Ga0.47As идеально согласуется с кристаллической решеткой подложки InP и обладает высоким коэффициентом поглощения света в оптическом диапазоне, что наиболее широко используется для созданияфотодетекторы, и характеристики темнового тока и скорости реагирования также являются лучшими. Во-вторых, материалы InGaAs и InP имеют высокую скорость дрейфа электронов, а их скорость дрейфа насыщенных электронов составляет около 1×107 см/с. В то же время материалы InGaAs и InP имеют эффект превышения скорости электронов под действием определенного электрического поля. Скорость превышения можно разделить на 4×107 см/с и 6×107 см/с, что способствует реализации большей ограниченной по времени полосы пропускания носителей. В настоящее время фотодетектор InGaAs является наиболее распространенным фотодетектором для оптической связи, а метод связи с поверхностным падением в основном используется на рынке, и были реализованы продукты с поверхностным падением 25 Гбод/с и 56 Гбод/с. Также были разработаны детекторы поверхностного падения меньшего размера, с обратным падением и большой полосой пропускания, которые в основном подходят для высокоскоростных приложений и приложений с высоким насыщением. Однако поверхностный падающий зонд ограничен его режимом связи и его трудно интегрировать с другими оптоэлектронными устройствами. Поэтому с улучшением требований к оптоэлектронной интеграции волноводно-связанные фотодетекторы InGaAs с превосходными характеристиками, пригодные для интеграции, постепенно стали объектом исследований, среди которых коммерческие модули фотозондов InGaAs 70 ГГц и 110 ГГц почти все используют волноводно-связанные структуры. В соответствии с различными материалами подложки волноводно-связанные фотоэлектрические зонды InGaAs можно разделить на две категории: InP и Si. Эпитаксиальный материал на подложке InP имеет высокое качество и больше подходит для изготовления высокопроизводительных устройств. Однако различные несоответствия между материалами III-V, материалами InGaAs и подложками Si, выращенными или скрепленными с подложками Si, приводят к относительно плохому качеству материала или интерфейса, и производительность устройства все еще имеет большой потенциал для улучшения.
Время публикации: 31 декабря 2024 г.