Vysokorýchlostné fotodetektory predstavujú InGaAs fotodetektory

Zavádzajú sa vysokorýchlostné fotodetektoryfotodetektory InGaAs

Vysokorýchlostné fotodetektoryv oblasti optickej komunikácie patria najmä III-V InGaAs fotodetektory a IV full Si a Ge/Si fotodetektory. Prvý z nich je tradičný detektor blízkej infračervenej oblasti, ktorý je dominantný už dlhú dobu, zatiaľ čo druhý sa spolieha na kremíkovú optickú technológiu, aby sa stal vychádzajúcou hviezdou, a je horúcim miestom na poli medzinárodného výskumu optoelektroniky v posledných rokoch. Okrem toho sa rýchlo vyvíjajú nové detektory na báze perovskitu, organických a dvojrozmerných materiálov vďaka výhodám ľahkého spracovania, dobrej flexibility a laditeľných vlastností. Medzi týmito novými detektormi a tradičnými anorganickými fotodetektormi existujú významné rozdiely v materiálových vlastnostiach a výrobných procesoch. Detektory perovskitu majú vynikajúce charakteristiky absorpcie svetla a efektívnu kapacitu prenosu náboja, detektory organických materiálov sú široko používané pre ich nízku cenu a flexibilné elektróny a detektory dvojrozmerných materiálov priťahujú veľkú pozornosť vďaka svojim jedinečným fyzikálnym vlastnostiam a vysokej mobilite nosičov. V porovnaní s detektormi InGaAs a Si/Ge je však potrebné nové detektory ešte zlepšiť z hľadiska dlhodobej stability, výrobnej vyspelosti a integrácie.

InGaAs je jedným z ideálnych materiálov na realizáciu vysokorýchlostných fotodetektorov s vysokou odozvou. Po prvé, InGaAs je polovodičový materiál s priamou medzerou v pásme a jej šírka pásma môže byť regulovaná pomerom medzi In a Ga, aby sa dosiahla detekcia optických signálov rôznych vlnových dĺžok. Spomedzi nich je In0,53Ga0,47As dokonale zladený s mriežkou substrátu InP a má veľký koeficient absorpcie svetla v optickom komunikačnom pásme, ktorý sa najčastejšie používa pri prípravefotodetektorya výkon temného prúdu a odozvy sú tiež najlepšie. Po druhé, materiály InGaAs a InP majú vysokú rýchlosť elektrónového driftu a ich rýchlosť nasýteného elektrónového driftu je približne 1 x 107 cm/s. Materiály InGaAs a InP majú zároveň efekt prekmitu rýchlosti elektrónov pri špecifickom elektrickom poli. Prekmitovú rýchlosť možno rozdeliť na 4 × 107 cm/s a 6 × 107 cm/s, čo prispieva k realizácii väčšej nosnej časovo obmedzenej šírky pásma. V súčasnosti je fotodetektor InGaAs najbežnejším fotodetektorom pre optickú komunikáciu a na trhu sa väčšinou používa metóda povrchového dopadu a boli realizované produkty s povrchovým dopadom 25 Gbaud/sa 56 Gbaud/s. Boli vyvinuté aj detektory s menšou veľkosťou, spätným dopadom a veľkou šírkou pásma, ktoré sú vhodné najmä pre aplikácie s vysokou rýchlosťou a vysokou saturáciou. Povrchová dopadajúca sonda je však obmedzená jej väzbovým režimom a je ťažké ju integrovať s inými optoelektronickými zariadeniami. So zlepšovaním požiadaviek na optoelektronickú integráciu sa preto postupne stredobodom výskumu stali vlnovodovo spojené InGaAs fotodetektory s vynikajúcim výkonom a vhodné na integráciu, medzi ktorými sú takmer všetky komerčné moduly 70 GHz a 110 GHz InGaAs fotosondových modulov, ktoré využívajú vlnovodne spojené štruktúry. Podľa rôznych materiálov substrátu možno vlnovodovú fotoelektrickú sondu InGaAs rozdeliť do dvoch kategórií: InP a Si. Epitaxný materiál na InP substráte má vysokú kvalitu a je vhodnejší na prípravu vysokovýkonných zariadení. Rôzne nesúlady 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.