Vysokorychlostní fotodetektory jsou představeny InGaAs fotodetektory

Vysokorychlostní fotodetektory jsou představenyFotodetektory InGaAs

Vysokorychlostní fotodetektoryv oblasti optické komunikace patří především III-V InGaAs fotodetektory a IV full Si a Ge/Si fotodetektory. První z nich je tradičním detektorem blízkého infračerveného záření, který je dominantní po dlouhou dobu, zatímco druhý spoléhá na křemíkovou optickou technologii, aby se stal vycházející hvězdou, a je v posledních letech horkým místem na poli mezinárodního výzkumu optoelektroniky. Kromě toho se rychle vyvíjejí nové detektory na bázi perovskitu, organických a dvourozměrných materiálů díky výhodám snadného zpracování, dobré flexibility a laditelných vlastností. Mezi těmito novými detektory a tradičními anorganickými fotodetektory jsou značné rozdíly ve vlastnostech materiálů a výrobních procesech. Detektory perovskitu mají vynikající vlastnosti absorpce světla a účinnou kapacitu přenosu náboje, detektory organických materiálů jsou široce používány pro svou nízkou cenu a flexibilní elektrony a detektory dvourozměrných materiálů přitahují velkou pozornost díky svým jedinečným fyzikálním vlastnostem a vysoké mobilitě nosičů. Ve srovnání s detektory InGaAs a Si/Ge však nové detektory ještě potřebují zlepšit dlouhodobou stabilitu, výrobní vyspělost a integraci.

InGaAs je jedním z ideálních materiálů pro realizaci vysokorychlostních a vysoce citlivých fotodetektorů. Za prvé, InGaAs je polovodičový materiál s přímou mezerou v pásmu a její šířku bandgapu lze regulovat poměrem mezi In a Ga, aby se dosáhlo detekce optických signálů různých vlnových délek. Mezi nimi je In0,53Ga0,47As dokonale sladěný s mřížkou substrátu InP a má velký koeficient absorpce světla v optickém komunikačním pásmu, který je nejrozšířenější při přípravěfotodetektorya výkon temného proudu a odezvy jsou také nejlepší. Za druhé, InGaAs a InP materiály mají oba vysokou rychlost elektronového driftu a jejich rychlost nasyceného elektronového driftu je asi 1×107 cm/s. Současně mají materiály InGaAs a InP efekt překmitu rychlosti elektronů při specifickém elektrickém poli. Překmitovou rychlost lze rozdělit na 4× 107 cm/sa 6×107 cm/s, což přispívá k realizaci větší šířky pásma s časově omezenou nosnou. V současné době je fotodetektor InGaAs nejběžnějším fotodetektorem pro optickou komunikaci a na trhu se většinou používá metoda spojování povrchového dopadu a byly realizovány produkty detektorů povrchového dopadu 25 Gbaud/sa 56 Gbaud/s. Byly také vyvinuty detektory menší velikosti, zpětného dopadu a velké šířky pásma, které jsou vhodné především pro aplikace s vysokou rychlostí a vysokou saturací. Povrchová dopadající sonda je však omezena svým vazebním režimem a je obtížné ji integrovat s jinými optoelektronickými zařízeními. Se zlepšováním požadavků na optoelektronickou integraci se proto postupně středem výzkumu staly vlnovodově spřažené InGaAs fotodetektory s vynikajícím výkonem a vhodné pro integraci, mezi nimiž jsou komerční moduly 70 GHz a 110 GHz fotosond InGaAs téměř všechny využívající struktury s vlnovodem. Podle různých materiálů substrátu lze vlnovodovou fotoelektrickou sondu InGaAs rozdělit do dvou kategorií: InP a Si. Epitaxní materiál na InP substrátu má vysokou kvalitu a je vhodnější pro přípravu vysoce výkonných zařízení. Různé neshody mezi materiály III-V, materiály InGaAs a substráty Si pěstovanými nebo navázanými na substrátech Si však vedou k relativně špatné kvalitě materiálu nebo rozhraní a výkon zařízení má stále velký prostor pro zlepšení.