ПредставлятьInGaAs фотодетектор
InGaAs является одним из идеальных материалов для достижения высокой скорости отклика ивысокоскоростной фотодетекторВо-первых, InGaAs – это прямозонный полупроводниковый материал, ширина запрещенной зоны которого регулируется соотношением In и Ga, что позволяет детектировать оптические сигналы с различными длинами волн. Среди них In0,53Ga0,47As идеально согласован с решеткой подложки InP и обладает очень высоким коэффициентом поглощения света в оптическом диапазоне. Он наиболее широко используется для созданияфотодетектора также обладает самыми выдающимися характеристиками темнового тока и чувствительности. Во-вторых, как материалы InGaAs, так и InP имеют относительно высокие скорости дрейфа электронов, причем их насыщенные скорости дрейфа электронов составляют приблизительно 1×107 см/с. Между тем, при определенных электрических полях материалы InGaAs и InP демонстрируют эффекты превышения скорости электронов, причем их скорости превышения достигают 4×107 см/с и 6×107 см/с соответственно. Это способствует достижению более высокой полосы пропускания пересечения. В настоящее время фотодетекторы InGaAs являются наиболее распространенными фотодетекторами для оптической связи. На рынке наиболее распространен метод сопряжения с поверхностью падающего света. Детекторы с поверхностью падающего света с быстродействием 25 Гауд/с и 56 Гауд/с уже могут производиться серийно. Также были разработаны детекторы поверхностного падения меньшего размера с обратной связью и высокой пропускной способностью, в основном для таких применений, как высокая скорость и высокое насыщение. Однако из-за ограничений методов сопряжения детекторы поверхностного падения трудно интегрировать с другими оптоэлектронными устройствами. Поэтому с ростом спроса на оптоэлектронную интеграцию волноводно-связанные фотодетекторы InGaAs с превосходными характеристиками, пригодные для интеграции, постепенно стали объектом исследований. Среди них, коммерческие модули фотодетекторов InGaAs на 70 ГГц и 110 ГГц почти все используют волноводные структуры сопряжения. В соответствии с разницей в материалах подложки волноводно-связанные фотодетекторы InGaAs можно в основном разделить на два типа: на основе INP и на основе Si. Материал, эпитаксиальный на подложках InP, имеет высокое качество и больше подходит для изготовления высокопроизводительных устройств. Однако для материалов группы III-V, выращенных или связанных на кремниевых подложках, из-за различных несоответствий между материалами InGaAs и кремниевыми подложками качество материала или интерфейса относительно низкое, и все еще имеются значительные возможности для улучшения характеристик устройств.
Стабильность фотодетектора в различных условиях применения, особенно в экстремальных, также является одним из ключевых факторов практического применения. В последние годы новые типы детекторов, такие как детекторы на основе перовскита, органических материалов и двумерных материалов, привлекающие большое внимание, по-прежнему сталкиваются с множеством проблем с точки зрения долговременной стабильности, поскольку сами материалы легко подвержены влиянию окружающей среды. Между тем, процесс интеграции новых материалов всё ещё не отработан, и для крупномасштабного производства и обеспечения стабильности характеристик необходимы дальнейшие исследования.
Хотя введение индукторов в настоящее время может эффективно увеличить полосу пропускания устройств, оно не популярно в цифровых оптических системах связи. Поэтому одним из направлений исследований высокоскоростных фотодетекторов является избежание негативных последствий для дальнейшего снижения паразитных RC-параметров устройства. Во-вторых, по мере того, как полоса пропускания волноводно-связанных фотодетекторов продолжает расти, ограничение между полосой пропускания и чувствительностью начинает снова возникать. Хотя сообщалось о фотодетекторах Ge/Si и InGaAs с полосой пропускания по уровню 3 дБ, превышающей 200 ГГц, их чувствительность неудовлетворительна. Как увеличить полосу пропускания, сохранив хорошую чувствительность, является важной темой исследований, которая может потребовать внедрения новых технологически совместимых материалов (высокая подвижность и высокий коэффициент поглощения) или новых высокоскоростных структур устройств. Кроме того, по мере увеличения полосы пропускания устройства сценарии применения детекторов в микроволновых фотонных линиях связи будут постепенно расширяться. В отличие от малой оптической мощности падения и высокочувствительного детектирования в оптической связи, этот сценарий, на основе высокой пропускной способности, имеет высокую потребность в мощности насыщения для высокой мощности падения. Однако, устройства с высокой пропускной способностью обычно используют малогабаритные структуры, поэтому изготовление высокоскоростных и высоконасыщенных фотодетекторов затруднено, и могут потребоваться дальнейшие инновации в области извлечения носителей и рассеивания тепла устройств. Наконец, снижение темнового тока высокоскоростных детекторов остается проблемой, которую необходимо решить для фотодетекторов с рассогласованием решеток. Темновой ток в основном связан с качеством кристалла и состоянием поверхности материала. Поэтому ключевые процессы, такие как высококачественная гетероэпитаксиа или связывание в системах с рассогласованием решеток, требуют дополнительных исследований и инвестиций.
Время публикации: 20 августа 2025 г.