Wprowadzenie szybkich fotodetektorów przez fotodetektory InGaAs

Wprowadzenie szybkich fotodetektorów przezFotodetektory InGaAs

Fotodetektory o dużej prędkościw dziedzinie komunikacji optycznej obejmują głównie fotodetektory III-V InGaAs i IV pełne Si i Ge/Fotodetektory krzemowePierwszy z nich to tradycyjny detektor bliskiej podczerwieni, który od dawna dominuje, podczas gdy drugi opiera się na krzemowej technologii optycznej, stając się wschodzącą gwiazdą i będąc gorącym punktem w dziedzinie międzynarodowych badań optoelektronicznych w ostatnich latach. Ponadto, nowe detektory oparte na perowskitach, materiałach organicznych i dwuwymiarowych rozwijają się dynamicznie ze względu na zalety łatwego przetwarzania, dobrej elastyczności i przestrajalnych właściwości. Istnieją znaczące różnice między tymi nowymi detektorami a tradycyjnymi nieorganicznymi fotodetektorami pod względem właściwości materiałów i procesów produkcyjnych. Detektory perowskitowe charakteryzują się doskonałymi właściwościami absorpcji światła i wydajną zdolnością transportu ładunku, detektory z materiałów organicznych są szeroko stosowane ze względu na ich niski koszt i elastyczność elektronów, a detektory z materiałów dwuwymiarowych przyciągnęły wiele uwagi ze względu na swoje 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 to jeden z idealnych materiałów do budowy szybkich i szybko reagujących fotodetektorów. Przede wszystkim, InGaAs to półprzewodnik o bezpośredniej przerwie energetycznej, a jego szerokość przerwy energetycznej można regulować poprzez stosunek In do Ga, co pozwala na detekcję sygnałów optycznych o różnych długościach fal. Spośród nich, In0,53Ga0,47As jest idealnie dopasowany do sieci podłoża InP i charakteryzuje się wysokim współczynnikiem absorpcji światła w paśmie komunikacji optycznej, które jest najczęściej stosowane w produkcji.fotodetektory, a parametry prądu ciemnego i responsywności są również najlepsze. Po drugie, materiały InGaAs i InP charakteryzują się wysoką prędkością dryfu elektronów, a ich prędkość dryfu elektronów nasyconych wynosi około 1×107 cm/s. Jednocześnie materiały InGaAs i InP wykazują efekt przeregulowania prędkości elektronów w określonym polu elektrycznym. Prędkość przeregulowania można podzielić na 4×107 cm/s i 6×107 cm/s, co sprzyja realizacji większej, ograniczonej czasowo szerokości pasma nośnych. Obecnie fotodetektor InGaAs jest najpopularniejszym fotodetektorem w komunikacji optycznej, a metoda sprzężenia padania na powierzchnię jest najczęściej stosowana na rynku. Opracowano produkty z detektorami padania na powierzchnię o przepływności 25 Gbaud/s i 56 Gbaud/s. Opracowano również detektory padania na powierzchnię o mniejszych rozmiarach, padaniu wstecznym i dużej szerokości pasma, które nadają się głównie do zastosowań o dużej prędkości i wysokim nasyceniu. Jednakże sonda padająca na powierzchnię jest ograniczona przez swój tryb sprzężenia i jest trudna do zintegrowania z innymi urządzeniami optoelektronicznymi. Dlatego też, wraz z poprawą wymagań integracji optoelektronicznej, sprzężone falowo fotodetektory InGaAs o doskonałej wydajności i nadające się do integracji stopniowo stały się przedmiotem badań, wśród których komercyjne moduły fotosond InGaAs 70 GHz i 110 GHz wykorzystują prawie wszystkie struktury sprzężone falowo. Ze względu na różne materiały podłoża, sprzężone falowo fotoelektryczne sondy InGaAs można podzielić na dwie kategorie: InP i Si. Materiał epitaksjalny na podłożu InP charakteryzuje się wysoką jakością i jest bardziej odpowiedni do przygotowywania urządzeń o wysokiej wydajności. Jednak różne niedopasowania między materiałami III-V, materiałami InGaAs i podłożami Si hodowanymi lub wiązanymi na podłożach Si prowadzą do stosunkowo niskiej jakości materiału lub interfejsu, a wydajność urządzenia nadal ma duże pole do poprawy.