Výzkumný postupInGaAs fotodetektor
S exponenciálním růstem objemu přenosu komunikačních dat nahradila technologie optického propojení tradiční technologii elektrického propojení a stala se hlavní technologií pro vysokorychlostní přenos s nízkými ztrátami na střední a dlouhé vzdálenosti. Jakožto klíčová součást optického přijímacího konce...fotodetektorklade stále vyšší požadavky na svůj vysokorychlostní výkon. Mezi nimi je fotodetektor s vlnovodovou vazbou malý, má vysokou šířku pásma a snadno se integruje na čipu s dalšími optoelektronickými zařízeními, což je zaměření výzkumu vysokorychlostní fotodetekce. Jsou to nejreprezentativnější fotodetektory v blízkém infračerveném komunikačním pásmu.
InGaAs je jedním z ideálních materiálů pro dosažení vysokorychlostních afotodetektory s vysokou odezvouZa prvé, InGaAs je polovodičový materiál s přímou šířkou zakázaného pásma a šířku jeho zakázaného pásma lze regulovat poměrem mezi In a Ga, což umožňuje detekci optických signálů o různých vlnových délkách. Z nich je In0.53Ga0.47As dokonale sladěn s mřížkou substrátu InP a má velmi vysoký koeficient absorpce světla v pásmu optické komunikace. Je nejrozšířenějším materiálem při výrobě fotodetektorů a má také nejvynikající temný proud a citlivost. Za druhé, materiály InGaAs i InP mají relativně vysoké rychlosti driftu elektronů, přičemž jejich nasycené rychlosti driftu elektronů jsou přibližně 1×107 cm/s. Zároveň za určitých elektrických polí vykazují materiály InGaAs a InP efekt překmitů rychlosti elektronů, přičemž jejich rychlosti dosahují 4×107 cm/s, respektive 6×107 cm/s. To vede k dosažení vyšší šířky pásma křížení. V současné době jsou fotodetektory InGaAs nejběžnějšími fotodetektory pro optickou komunikaci. Byly také vyvinuty menší detektory dopadajícího světla na povrch s vysokou šířkou pásma, které se používají hlavně v aplikacích, jako je vysoká rychlost a vysoká saturace.
Vzhledem k omezením metod propojení je však obtížné integrovat detektory dopadajícího světla na povrch s jinými optoelektronickými zařízeními. S rostoucí poptávkou po optoelektronické integraci se proto postupně do výzkumu dostávají vlnovodově vázané fotodetektory InGaAs s vynikajícím výkonem, vhodné pro integraci. Mezi nimi téměř všechny komerční moduly fotodetektorů InGaAs s frekvencemi 70 GHz a 110 GHz používají vlnovodové vazební struktury. Podle rozdílu v materiálech substrátů lze vlnovodově vázané fotodetektory InGaAs rozdělit hlavně na dva typy: na bázi INP a na bázi Si. Materiál epitaxní na substrátech InP má vysokou kvalitu a je vhodnější pro výrobu vysoce výkonných zařízení. U materiálů skupiny III-V pěstovaných nebo vázaných na substrátech Si je však v důsledku různých neshod mezi materiály InGaAs a substráty Si kvalita materiálu nebo rozhraní relativně nízká a stále existuje značný prostor pro zlepšení výkonu zařízení.
Zařízení používá jako materiál oblasti ochuzení InGaAsP místo InP. I když to do určité míry snižuje rychlost saturačního driftu elektronů, zlepšuje to vazbu dopadajícího světla z vlnovodu do absorpční oblasti. Zároveň je odstraněna kontaktní vrstva typu N InGaAsP a na každé straně povrchu typu P je vytvořena malá mezera, což účinně zvyšuje omezení světelného pole. To přispívá k dosažení vyšší citlivosti zařízení.
Čas zveřejnění: 28. července 2025