Прогресс исследований в областиФотодетектор на основе InGaAs
В связи с экспоненциальным ростом объёма передаваемых данных, технология оптических межсоединений заменила традиционную технологию электрических межсоединений и стала основной технологией для высокоскоростной передачи данных на средние и большие расстояния с низкими потерями. Являясь ключевым компонентом оптического приёмного устройства,фотодетекторК высокоскоростным характеристикам предъявляются все более высокие требования. Среди них волноводно-связанный фотодетектор, отличающийся малыми размерами, высокой пропускной способностью и простотой интеграции на кристалле с другими оптоэлектронными устройствами, является предметом исследований в области высокоскоростного фотодетектирования. Эти фотодетекторы являются наиболее представительными в ближнем инфракрасном диапазоне связи.
InGaAs — один из идеальных материалов для достижения высокоскоростных ифотодетекторы с высокой чувствительностьюВо-первых, InGaAs — это полупроводниковый материал с прямой запрещенной зоной, ширина которой может регулироваться соотношением In и Ga, что позволяет детектировать оптические сигналы различных длин волн. Среди них In0.53Ga0.47As идеально согласуется с кристаллической решеткой подложки InP и обладает очень высоким коэффициентом поглощения света в диапазоне оптической связи. Он наиболее широко используется при изготовлении фотодетекторов, а также имеет наиболее выдающиеся характеристики по току утечки и чувствительности. Во-вторых, как материалы InGaAs, так и InP обладают относительно высокими скоростями дрейфа электронов, причем их насыщенные скорости дрейфа электронов составляют приблизительно 1 × 10⁷ см/с. При этом под действием определенных электрических полей материалы InGaAs и InP демонстрируют эффект перерегулирования скорости электронов, достигая 4 × 10⁷ см/с и 6 × 10⁷ см/с соответственно. Это способствует достижению более высокой полосы пропускания. В настоящее время фотодетекторы на основе InGaAs являются наиболее распространенными фотодетекторами для оптической связи. Также были разработаны более компактные, обратнопадающие и высокополосные детекторы, падающие на поверхность, которые в основном используются в таких приложениях, как высокоскоростные системы и системы с высокой степенью насыщения.
Однако из-за ограничений методов связи, детекторы, работающие на основе поверхностного падающего излучения, трудно интегрировать с другими оптоэлектронными устройствами. Поэтому, с ростом спроса на оптоэлектронную интеграцию, волноводно-связанные фотодетекторы на основе InGaAs с превосходными характеристиками, пригодные для интеграции, постепенно становятся объектом исследований. Среди них коммерческие модули фотодетекторов на основе InGaAs с частотой 70 ГГц и 110 ГГц почти все используют волноводные структуры связи. В зависимости от материала подложки, волноводно-связанные фотодетекторы на основе InGaAs можно в основном разделить на два типа: на основе INP и на основе Si. Материал, эпитаксиально выращенный на подложках InP, обладает высоким качеством и больше подходит для изготовления высокопроизводительных устройств. Однако для материалов III-V группы, 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 есть значительный потенциал для улучшения характеристик устройств.
В устройстве в качестве материала обедненной области используется InGaAsP вместо InP. Хотя это в некоторой степени снижает скорость дрейфа насыщения электронов, это улучшает связь падающего света из волновода в область поглощения. В то же время удаляется контактный слой N-типа InGaAsP, и на каждой стороне поверхности P-типа образуется небольшой зазор, эффективно усиливающий ограничение светового поля. Это способствует достижению устройством более высокой чувствительности.
Дата публикации: 28 июля 2025 г.