Прогресс исследованийInGaAs фотодетектор
В связи с экспоненциальным ростом объёма передаваемых данных технология оптических соединений вытеснила традиционные электрические соединения и стала основной технологией для высокоскоростной передачи данных на средние и большие расстояния с малыми потерями. Являясь основным компонентом оптического приёмника,фотодетекторТребования к быстродействию фотодетекторов с волноводной связью постоянно растут. Среди них: малые габариты, широкая полоса пропускания и простота интеграции на кристалле с другими оптоэлектронными устройствами, что является основным направлением исследований в области высокоскоростного фотодетектирования. Они являются наиболее представительными фотодетекторами в ближнем инфракрасном диапазоне связи.
InGaAs является одним из идеальных материалов для достижения высокой скорости ивысокочувствительные фотодетекторы. Во-первых, InGaAs является прямозонным полупроводниковым материалом, и ширина его запрещенной зоны может регулироваться соотношением между In и Ga, что позволяет обнаруживать оптические сигналы с различными длинами волн. Среди них In0.53Ga0.47As идеально согласован с решеткой подложки InP и имеет очень высокий коэффициент поглощения света в оптическом диапазоне связи. Он наиболее широко используется при изготовлении фотодетекторов, а 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, под действием определенных электрических полей 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 ширины полосы пропускания. В настоящее время фотодетекторы на основе InGaAs являются наиболее распространёнными фотодетекторами для оптической связи. Также были разработаны малогабаритные детекторы с обратным падением и высокой пропускной способностью, предназначенные для поверхностного падающего излучения, которые в основном используются в таких приложениях, как высокоскоростные измерения и высокая насыщенность.
Однако из-за ограничений методов сопряжения детекторы поверхностного падения трудно интегрировать с другими оптоэлектронными устройствами. Поэтому с ростом спроса на оптоэлектронную интеграцию волноводно-связанные InGaAs фотодетекторы 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 зависимости от разницы в материалах подложки волноводно-связанные InGaAs фотодетекторы можно в основном разделить на два типа: на основе INP и на основе Si. Материал, эпитаксиальный на подложках InP, обладает высоким качеством и больше подходит для изготовления высокопроизводительных устройств. Однако для материалов группы III-V, выращенных или скрепленных на подложках Si, из-за различных несоответствий между материалами InGaAs и подложками Si, качество материала или интерфейса относительно низкое, и все еще имеются значительные возможности для улучшения характеристик устройств.
В устройстве в качестве материала обеднённой области вместо InP используется InGaAsP. Хотя это несколько снижает скорость дрейфа электронов при насыщении, это улучшает связь падающего света из волновода с областью поглощения. При этом контактный слой InGaAsP N-типа удаляется, а с каждой стороны поверхности P-типа образуется небольшой зазор, что эффективно усиливает ограничение светового поля. Это способствует повышению чувствительности устройства.
Время публикации: 28 июля 2025 г.