Високошвидкісні фотодетектори представлені фотодетекторами InGaAs

Високошвидкісні фотодетектори представленіФотодетектори InGaAs

Високошвидкісні фотоприймачів області оптичного зв'язку в основному включають фотодетектори III-V InGaAs і IV повний Si і Ge/Фотодетектори Si. Перший є традиційним детектором ближнього інфрачервоного діапазону, який домінував протягом тривалого часу, тоді як другий покладається на кремнієву оптичну технологію, щоб стати висхідною зіркою, і є гарячою точкою в галузі міжнародних досліджень оптоелектроніки в останні роки. Крім того, нові детектори на основі перовскіту, органічних і двовимірних матеріалів швидко розвиваються завдяки перевагам легкої обробки, хорошій гнучкості та регульованим властивостям. Існують значні відмінності між цими новими детекторами та традиційними неорганічними фотодетекторами у властивостях матеріалів і виробничих процесах. Перовскітні детектори мають чудові характеристики поглинання світла та ефективну здатність до транспортування заряду, детектори органічних матеріалів широко використовуються через низьку вартість і гнучкість електронів, а детектори двовимірних матеріалів привернули велику увагу завдяки своїм унікальним фізичним властивостям і високій мобільності носіїв. Однак, порівняно з детекторами InGaAs і Si/Ge, нові детектори все ще потребують вдосконалення з точки зору довгострокової стабільності, зрілості виробництва та інтеграції.

InGaAs є одним з ідеальних матеріалів для створення високошвидкісних фотодетекторів із високим відгуком. По-перше, InGaAs є напівпровідниковим матеріалом із прямою забороненою зоною, і його ширину забороненої зони можна регулювати співвідношенням між In та Ga для досягнення виявлення оптичних сигналів різних довжин хвиль. Серед них In0,53Ga0,47As ідеально узгоджується з решіткою підкладки InP і має великий коефіцієнт поглинання світла в смузі оптичного зв’язку, що найбільш широко використовується при виготовленніфотодетектори, а темновий струм і швидкість відгуку також найкращі. По-друге, матеріали InGaAs та InP мають високу дрейфову швидкість електронів, а їх насичена дрейфова швидкість становить приблизно 1×107 см/с. У той же час матеріали InGaAs та InP мають ефект перерегулювання швидкості електронів під дією специфічного електричного поля. Швидкість перевищення можна розділити на 4 × 107 см/с і 6 × 107 см/с, що сприяє реалізації більшої обмеженої за часом смуги пропускання несучої. На даний момент фотодетектор InGaAs є найпоширенішим фотодетектором для оптичного зв’язку, і на ринку в основному використовується метод зв’язку падіння поверхні, а продукти детектора падіння поверхні 25 Гбод/с і 56 Гбод/с були реалізовані. Також були розроблені детектори падіння поверхні меншого розміру, зворотного падіння та великої смуги пропускання, які в основному підходять для високошвидкісних додатків із високою насиченістю. Проте зонд, що падає на поверхню, обмежений режимом зв’язку, і його важко інтегрувати з іншими оптоелектронними пристроями. Тому з удосконаленням вимог до оптоелектронної інтеграції хвилеводно-зв’язані фотодетектори InGaAs із чудовою продуктивністю та придатні для інтеграції поступово стали центром досліджень, серед яких комерційні модулі фотозондів InGaAs 70 ГГц і 110 ГГц майже всі використовують хвилевідно-зв’язані структури. Відповідно до різних матеріалів підкладки фотоелектричний зонд із хвилеводом InGaAs можна розділити на дві категорії: InP і Si. Епітаксіальний матеріал на підкладці InP має високу якість і більше підходить для виготовлення високопродуктивних пристроїв. Однак різні невідповідності між матеріалами III-V, матеріалами InGaAs і кремнієвими підкладками, вирощеними або скріпленими на кремнієвих підкладках, призводять до відносно низької якості матеріалу або інтерфейсу, і продуктивність пристрою все ще має багато можливостей для вдосконалення.