Высокоскоростные фотодетекторы представленыФотодетекторы InGaAs
Высокоскоростные фотодетекторыв области оптической связи в основном включают фотодетекторы III-V InGaAs и IV полные Si и Ge/Si фотодетекторы. Первый представляет собой традиционный детектор ближнего инфракрасного диапазона, который доминировал в течение длительного времени, а второй, основанный на кремниевой оптической технологии, стал восходящей звездой и в последние годы является горячей точкой в области международных исследований в области оптоэлектроники. Кроме того, быстро развиваются новые детекторы на основе перовскита, органических и двумерных материалов благодаря преимуществам простоты обработки, хорошей гибкости и настраиваемых свойств. Между этими новыми детекторами и традиционными неорганическими фотодетекторами существуют существенные различия в свойствах материалов и производственных процессах. Перовскитовые детекторы обладают превосходными характеристиками светопоглощения и эффективной способностью переноса заряда, детекторы органических материалов широко используются из-за их низкой стоимости и гибкости электронов, а детекторы двумерных материалов 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 долгосрочной стабильности, зрелости производства и интеграции.
InGaAs — один из идеальных материалов для создания высокоскоростных фотодетекторов с высоким откликом. Прежде всего, InGaAs представляет собой полупроводниковый материал с прямой запрещенной зоной, и ширину его запрещенной зоны можно регулировать соотношением In и Ga для достижения обнаружения оптических сигналов с разными длинами волн. Среди них In0,53Ga0,47As идеально сочетается с решеткой подложки InP и имеет большой коэффициент поглощения света в полосе оптической связи, которая наиболее широко используется при подготовкефотодетекторы, а темновой ток и быстродействие 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 обладают эффектом перерегулирования скорости электронов в специфическом электрическом поле. Скорость перерегулирования можно разделить на 4 × 107 см/с и 6 × 107 см/с, что способствует реализации более широкой полосы пропускания, ограниченной по времени несущей. В настоящее время фотодетектор InGaAs является наиболее распространенным фотодетектором для оптической связи, и на рынке в основном используется метод связи поверхностного падения, и были реализованы детекторы поверхностного падения со скоростью 25 Гбод/с и 56 Гбод/с. Также были разработаны детекторы меньшего размера, обратного падения и детекторы поверхностного падения с широкой полосой пропускания, которые в основном подходят для высокоскоростных приложений с высокой насыщенностью. Однако зонд поверхностного падения ограничен режимом связи и его трудно интегрировать с другими оптоэлектронными устройствами. Таким образом, с улучшением требований к оптоэлектронной интеграции, фотодетекторы InGaAs с волноводной связью с отличными характеристиками и подходящими для интеграции постепенно стали в центре внимания исследований, среди которых почти все коммерческие модули фотозондов InGaAs с частотой 70 ГГц и 110 ГГц используют структуры с волноводной связью. В зависимости от различных материалов подложки фотоэлектрический зонд InGaAs с волноводной связью 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 прикрепленными к подложкам Si, приводят к относительно плохому качеству материала или интерфейса, а производительность устройства все еще имеет большие возможности для улучшения.
Время публикации: 31 декабря 2024 г.