Postęp badańFotodetektor InGaAs
Wraz z wykładniczym wzrostem wolumenu transmisji danych komunikacyjnych, technologia połączeń optycznych zastąpiła tradycyjną technologię połączeń elektrycznych i stała się główną technologią transmisji o niskiej stratności i dużej prędkości na średnie i duże odległości. Jako główny element optycznego punktu odbioru,fotodetektorStawia coraz wyższe wymagania dotyczące wydajności wysokiej prędkości. Wśród nich, fotodetektor sprzężony falowodem charakteryzuje się niewielkimi rozmiarami, dużą przepustowością i łatwością integracji na chipie z innymi urządzeniami optoelektronicznymi, co jest przedmiotem badań w dziedzinie szybkiej fotodetekcji. Są to najbardziej reprezentatywne fotodetektory w paśmie komunikacji bliskiej podczerwieni.
InGaAs to jeden z idealnych materiałów umożliwiających osiągnięcie dużej prędkości ifotodetektory o wysokiej odpowiedziPo pierwsze, InGaAs jest półprzewodnikiem o bezpośredniej przerwie energetycznej, a szerokość jego przerwy energetycznej można regulować poprzez stosunek In do Ga, co umożliwia detekcję sygnałów optycznych o różnych długościach fal. Spośród nich, In0,53Ga0,47As jest idealnie dopasowany do sieci podłoża InP i ma bardzo wysoki współczynnik absorpcji światła w paśmie komunikacji optycznej. Jest on najszerzej stosowany w przygotowaniu fotodetektorów, a także charakteryzuje się najlepszymi parametrami prądu ciemnego i czułości. Po drugie, zarówno materiały InGaAs, jak i InP charakteryzują się stosunkowo wysokimi prędkościami dryfu elektronów, przy czym ich prędkości dryfu elektronów nasyconych wynoszą około 1×107 cm/s. Tymczasem w określonych polach elektrycznych materiały InGaAs i InP wykazują efekty przeregulowania prędkości elektronów, przy czym ich prędkości przeregulowania osiągają odpowiednio 4×107 cm/s i 6×107 cm/s. Sprzyja to osiągnięciu większej szerokości pasma przecięcia. Obecnie fotodetektory InGaAs są najpopularniejszymi fotodetektorami w komunikacji optycznej. Opracowano również mniejsze detektory padające wstecznie i padające powierzchniowo o dużej przepustowości, wykorzystywane głównie w zastosowaniach wymagających dużej prędkości i wysokiego nasycenia.
Jednak ze względu na ograniczenia metod sprzęgania, detektory padania na powierzchnię są trudne do zintegrowania z innymi urządzeniami optoelektronicznymi. Dlatego też, wraz ze wzrostem zapotrzebowania na integrację optoelektroniczną, fotodetektory InGaAs ze sprzężeniem falowodowym o doskonałej wydajności i nadające się do integracji stopniowo stały się przedmiotem badań. Spośród nich, komercyjne moduły fotodetektorów InGaAs o częstotliwościach 70 GHz i 110 GHz prawie wszystkie wykorzystują struktury sprzęgające falowodowe. Ze względu na różnice w materiałach podłoża, fotodetektory InGaAs ze sprzężeniem falowodowym można podzielić głównie na dwa typy: oparte na INP i oparte na Si. Materiał epitaksjalny na podłożach InP charakteryzuje się wysoką jakością i jest bardziej odpowiedni do wytwarzania urządzeń o wysokiej wydajności. Jednak w przypadku materiałów grupy III-V hodowanych lub wiązanych na podłożach Si, ze względu na różne niedopasowania między materiałami InGaAs a podłożami Si, jakość materiału lub interfejsu jest stosunkowo niska i nadal istnieje znaczne pole do poprawy wydajności urządzeń.
Urządzenie wykorzystuje InGaAsP zamiast InP jako materiał obszaru zubożonego. Chociaż w pewnym stopniu zmniejsza to prędkość dryfu elektronów, poprawia sprzężenie padającego światła z falowodu do obszaru absorpcji. Jednocześnie usuwana jest warstwa kontaktowa typu N z InGaAsP, a po obu stronach powierzchni typu P powstaje niewielka szczelina, skutecznie zwiększając ograniczenie pola świetlnego. Sprzyja to osiągnięciu przez urządzenie wyższej czułości.
Czas publikacji: 28 lipca 2025 r.