Высокоскоростные фотодетекторы представленыInGaAs фотодетекторы
Высокоскоростные фотодетекторыв области оптической связи в основном включают в себя фотоприемники III-V InGaAs и IV full Si и Ge/Кремниевые фотодетекторы. Первый — это традиционный детектор ближнего инфракрасного диапазона, который долгое время был доминирующим, в то время как последний 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 легкой обработки, хорошей гибкости и настраиваемых свойств. Между этими новыми детекторами и традиционными неорганическими фотодетекторами существуют значительные различия в свойствах материалов и производственных процессах. Перовскитные детекторы обладают превосходными характеристиками поглощения света и эффективной емкостью переноса заряда, детекторы из органических материалов широко используются из-за их низкой стоимости и гибких электронов, а детекторы из двумерных материалов привлекли большое внимание из-за их уникальных физических свойств и высокой подвижности носителей. Однако по сравнению с детекторами InGaAs и Si/Ge новые детекторы все еще нуждаются в улучшении с точки зрения долговременной стабильности, зрелости производства и интеграции.
InGaAs является одним из идеальных материалов для реализации высокоскоростных и высокочувствительных фотодетекторов. Прежде всего, InGaAs является полупроводниковым материалом с прямой запрещенной зоной, и его ширина запрещенной зоны может регулироваться соотношением между In и Ga для достижения обнаружения оптических сигналов с различными длинами волн. Среди них In0.53Ga0.47As идеально соответствует решетке подложки InP и имеет большой коэффициент поглощения света в оптической полосе связи, что является наиболее широко используемым при изготовлениифотодетекторы, а также характеристики темнового тока и быстроты реагирования также являются лучшими. Во-вторых, материалы InGaAs и InP имеют высокую скорость дрейфа электронов, а их насыщенная скорость дрейфа 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 носителя. 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 поверхностные детекторы падения меньшего размера, обратного падения и большой полосы пропускания, которые в основном подходят для приложений с высокой скоростью и высоким насыщением. Однако зонд поверхностного падения ограничен его режимом связи и его трудно интегрировать с другими оптоэлектронными устройствами. Поэтому с улучшением требований к оптоэлектронной интеграции волноводно-связанные фотодетекторы InGaAs с превосходной производительностью и 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 зависимости от различных материалов подложки волноводно-связанный фотоэлектрический зонд 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 на подложках 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.