Vysokorýchlostné fotodetektory sú predstavené fotodetektormi InGaAs

Vysokorýchlostné fotodetektory boli zavedené spoločnosťouInGaAs fotodetektory

Vysokorýchlostné fotodetektoryv oblasti optickej komunikácie zahŕňajú najmä III-V InGaAs fotodetektory a IV plné Si a Ge/Si fotodetektoryPrvý z nich je tradičný detektor blízkeho infračerveného žiarenia, ktorý je dlhodobo dominantný, zatiaľ čo druhý sa spolieha na kremíkovú optickú technológiu, aby sa stal vychádzajúcou hviezdou, a v posledných rokoch je horúcim bodom v oblasti medzinárodného výskumu optoelektroniky. Okrem toho sa nové detektory založené na perovskite, organických a dvojrozmerných materiáloch rýchlo rozvíjajú vďaka výhodám jednoduchého spracovania, dobrej flexibility a laditeľných vlastností. Medzi týmito novými detektormi a tradičnými anorganickými fotodetektormi existujú významné rozdiely v materiálových vlastnostiach a výrobných procesoch. Perovskitové detektory majú vynikajúce vlastnosti absorpcie svetla a efektívnu kapacitu prenosu náboja, detektory z organických materiálov sa široko používajú pre svoju nízku cenu a flexibilné elektróny a dvojrozmerné detektory materiálov priťahujú veľkú pozornosť vďaka svojim jedinečným fyzikálnym vlastnostiam a vysokej mobilite nosičov náboja. V porovnaní s detektormi InGaAs a Si/Ge však nové detektory stále potrebujú zlepšenie z hľadiska dlhodobej stability, výrobnej zrelosti a integrácie.

InGaAs je jeden z ideálnych materiálov na realizáciu vysokorýchlostných fotodetektorov s vysokou odozvou. V prvom rade je InGaAs polovodičový materiál s priamou šírkou zakázaného pásma a šírka jeho zakázaného pásma sa dá regulovať pomerom medzi In a Ga, aby sa dosiahla detekcia optických signálov rôznych vlnových dĺžok. Medzi nimi je In0,53Ga0,47As dokonale prispôsobený mriežke substrátu InP a má vysoký koeficient absorpcie svetla v optickom komunikačnom pásme, ktoré sa najčastejšie používa pri príprave...fotodetektory, a výkon tmavého prúdu a odozvy sú tiež najlepšie. Po druhé, materiály InGaAs a InP majú vysokú rýchlosť driftu elektrónov a ich rýchlosť driftu nasýtených elektrónov je približne 1 × 107 cm/s. Zároveň majú materiály InGaAs a InP efekt prekročenia rýchlosti elektrónov v špecifickom elektrickom poli. Rýchlosť prekročenia možno rozdeliť na 4 × 107 cm/s a 6 × 107 cm/s, čo vedie k dosiahnutiu väčšej časovo obmedzenej šírky pásma nosiča. V súčasnosti je fotodetektor InGaAs najbežnejším fotodetektorom pre optickú komunikáciu a na trhu sa väčšinou používa metóda väzby povrchového dopadu, pričom boli realizované produkty detektorov povrchového dopadu s rýchlosťami 25 Gbaud/s a 56 Gbaud/s. Boli vyvinuté aj detektory povrchového dopadu s menšou veľkosťou, spätným dopadom a veľkou šírkou pásma, ktoré sú vhodné najmä pre aplikácie s vysokou rýchlosťou a vysokou saturáciou. Sonda povrchového dopadu je však obmedzená svojím režimom väzby a je ťažké ju integrovať s inými optoelektronickými zariadeniami. Preto sa so zlepšením požiadaviek na optoelektronickú integráciu postupne stali predmetom výskumu fotodetektory InGaAs s vlnovodovou väzbou s vynikajúcim výkonom a vhodnými na integráciu. Medzi nimi komerčné moduly fotosondy InGaAs s frekvenciou 70 GHz a 110 GHz takmer všetky používajú štruktúry s vlnovodovou väzbou. Podľa rôznych materiálov substrátu možno fotoelektrickú sondu InGaAs s vlnovodovou väzbou rozdeliť do dvoch kategórií: InP a Si. Epitaxný materiál na substráte InP má vysokú kvalitu a je vhodnejší na výrobu vysokovýkonných zariadení. Rôzne nezrovnalosti medzi materiálmi III-V, materiálmi InGaAs a substrátmi Si pestovanými alebo viazanými na substrátoch Si však vedú k relatívne nízkej kvalite materiálu alebo rozhrania a výkon zariadenia má stále veľký priestor na zlepšenie.