Fotodetektory o dużej prędkości wprowadzane są przez fotodetektory InGaAs

Fotodetektory o dużej prędkości zostały wprowadzone przezFotodetektory InGaAs

Fotodetektory o dużej prędkościw dziedzinie komunikacji optycznej obejmują głównie fotodetektory III-V InGaAs oraz IV pełne Si i Ge/Fotodetektory Si. Pierwszy z nich to tradycyjny detektor bliskiej podczerwieni, który dominuje od długiego czasu, natomiast drugi, wykorzystując krzemową technologię optyczną, stał się wschodzącą gwiazdą i stanowi w ostatnich latach gorący punkt w dziedzinie międzynarodowych badań optoelektroniki. Ponadto szybko rozwijają się nowe detektory oparte na perowskicie, materiałach organicznych i dwuwymiarowych ze względu na zalety łatwej obróbki, dobrej elastyczności i przestrajalnych właściwości. Istnieją znaczne różnice między tymi nowymi detektorami a tradycyjnymi fotodetektorami nieorganicznymi pod względem właściwości materiałów i procesów produkcyjnych. Detektory perowskitowe charakteryzują się doskonałą absorpcją światła i wydajną zdolnością transportu ładunku, detektory materiałów organicznych są szeroko stosowane ze względu na ich niski koszt i elastyczność elektronów, a detektory materiałów dwuwymiarowych przyciągają wiele uwagi ze względu na ich unikalne właściwości fizyczne i wysoką ruchliwość nośników. Jednak w porównaniu z detektorami InGaAs i Si/Ge nowe detektory nadal wymagają udoskonalenia pod względem długoterminowej stabilności, dojrzałości produkcyjnej i integracji.

InGaAs jest jednym z idealnych materiałów do realizacji fotodetektorów o dużej prędkości i wysokiej odpowiedzi. Po pierwsze, InGaAs jest materiałem półprzewodnikowym o bezpośredniej przerwie wzbronionej, a szerokość jego pasma wzbronionego można regulować stosunkiem In i Ga, aby uzyskać wykrywanie sygnałów optycznych o różnych długościach fal. Wśród nich In0.53Ga0.47As jest doskonale dopasowany do siatki podłoża InP i posiada duży współczynnik absorpcji światła w paśmie komunikacji optycznej, które jest najczęściej stosowane w przygotowaniufotodetektory, a wydajność prądu ciemnego i szybkość reakcji są również najlepsze. Po drugie, materiały InGaAs i InP mają wysoką prędkość dryfu elektronów, a ich prędkość dryfu elektronów w stanie nasycenia wynosi około 1 × 107 cm/s. Jednocześnie materiały InGaAs i InP wykazują efekt przekroczenia prędkości elektronów w określonym polu elektrycznym. Prędkość przeregulowania można podzielić na 4 × 107 cm/s i 6 × 107 cm/s, co sprzyja realizacji większej przepustowości ograniczonej w czasie nośnej. Obecnie fotodetektor InGaAs jest najpopularniejszym fotodetektorem do komunikacji optycznej, a na rynku najczęściej stosowana jest metoda łączenia padania powierzchni, a wdrożono produkty detektora padania powierzchni o przepustowości 25 Gbod/s i 56 Gbod/s. Opracowano także detektory o mniejszych rozmiarach, częstotliwości wstecznej i dużej szerokości pasma, które nadają się głównie do zastosowań wymagających dużych prędkości i dużego nasycenia. Jednakże sonda padająca na powierzchnię jest ograniczona trybem sprzężenia i trudno ją zintegrować z innymi urządzeniami optoelektronicznymi. Dlatego też, wraz z poprawą wymagań w zakresie integracji optoelektroniki, w centrum badań stopniowo stały się fotodetektory InGaAs sprzężone z falowodem, charakteryzujące się doskonałą wydajnością i nadające się do integracji, wśród których prawie wszystkie komercyjne moduły fotosond InGaAs 70 GHz i 110 GHz wykorzystują struktury sprzężone falowodem. W zależności od różnych materiałów podłoża, sonda fotoelektryczna InGaAs ze sprzężeniem falowodowym może być podzielona na dwie kategorie: InP i Si. Materiał epitaksjalny na podłożu InP ma wysoką jakość i jest bardziej odpowiedni do wytwarzania urządzeń o wysokiej wydajności. Jednakże różne niedopasowania między materiałami III-V, materiałami InGaAs i podłożami Si wyhodowanymi lub związanymi z podłożami Si prowadzą do stosunkowo słabej jakości materiału lub powierzchni styku, a wydajność urządzenia nadal wymaga dużego pola do poprawy.