Vysokorychlostní fotodetektory jsou představeny pomocí fotodetektorů InGaAs

Vysokorychlostní fotodetektory byly zavedenyInGaAs fotodetektory

Vysokorychlostní fotodetektoryV oblasti optické komunikace zahrnují především III-V InGaAs fotodetektory a IV plné Si a Ge/Si fotodetektoryPrvní z nich je tradiční detektor blízké infračervené oblasti, který je již dlouho dominantní, zatímco druhý se spoléhá na křemíkovou optickou technologii, aby se stal vycházející hvězdou, a v posledních letech je horkým bodem v oblasti mezinárodního výzkumu optoelektroniky. Kromě toho se nové detektory založené na perovskitu, organických a dvourozměrných materiálech rychle rozvíjejí díky výhodám snadného zpracování, dobré flexibility a laditelných vlastností. Mezi těmito novými detektory a tradičními anorganickými fotodetektory existují významné rozdíly v materiálových vlastnostech a výrobních procesech. Perovskitové detektory mají vynikající absorpční vlastnosti světla a efektivní kapacitu přenosu náboje, detektory z organických materiálů jsou široce používány pro svou nízkou cenu a flexibilní elektrony a dvourozměrné detektory materiálů přitahují velkou pozornost díky svým jedinečným fyzikálním vlastnostem a vysoké mobilitě nosičů náboje. Ve srovnání s detektory InGaAs a Si/Ge však nové detektory stále potřebují vylepšení z hlediska dlouhodobé stability, výrobní zralosti a integrace.

InGaAs je jedním z ideálních materiálů pro realizaci vysokorychlostních fotodetektorů s vysokou odezvou. InGaAs je v první řadě polovodičový materiál s přímou šířkou zakázaného pásma a šířku jeho zakázaného pásma lze regulovat poměrem mezi In a Ga, čímž se dosáhne detekce optických signálů různých vlnových délek. Mezi nimi je In0,53Ga0,47As dokonale sladěn s mřížkou substrátu InP a má vysoký koeficient absorpce světla v optickém komunikačním pásmu, které je nejrozšířenější při přípravě...fotodetektory, a temný proud a citlivost jsou také nejlepší. Za druhé, materiály InGaAs a InP mají vysokou rychlost driftu elektronů a jejich nasycená rychlost driftu elektronů je přibližně 1×107 cm/s. Zároveň mají materiály InGaAs a InP efekt překmitnutí rychlosti elektronů v specifickém elektrickém poli. Rychlost překmitnutí lze rozdělit na 4×107 cm/s a 6×107 cm/s, což vede k realizaci větší časově omezené šířky pásma nosiče. V současné době je fotodetektor InGaAs nejběžnějším fotodetektorem pro optickou komunikaci a na trhu se nejvíce používá metoda vazby povrchového dopadu. Byly realizovány produkty detektorů povrchového dopadu s rychlostí 25 Gbaud/s a 56 Gbaud/s. Byly také vyvinuty detektory povrchového dopadu menší velikosti, zpětného dopadu a velkou šířkou pásma, které jsou vhodné zejména pro vysokorychlostní aplikace s vysokou saturací. Sonda povrchového dopadu je však omezena svým režimem vazby a je obtížné ji integrovat s jinými optoelektronickými zařízeními. Se zlepšením požadavků na optoelektronickou integraci se proto postupně staly předmětem výzkumu fotodetektory InGaAs s vlnovodovou vazbou, které mají vynikající výkon a jsou vhodné pro integraci. Mezi nimiž komerční moduly fotosond InGaAs s frekvencí 70 GHz a 110 GHz téměř všechny používají struktury s vlnovodovou vazbou. Podle různých materiálů substrátu lze fotoelektrickou sondu InGaAs s vlnovodovou vazbou rozdělit do dvou kategorií: InP a Si. Epitaxní materiál na substrátu InP má vysokou kvalitu a je vhodnější pro výrobu vysoce výkonných zařízení. Různé neshody mezi materiály III-V, materiály InGaAs a substráty Si pěstovanými nebo lepenými na substrátech Si však vedou k relativně nízké kvalitě materiálu nebo rozhraní a výkon zařízení má stále velký prostor pro zlepšení.