Höghastighetsfotodetektorer introduceras avInGaAs fotodetektorer
HöghastighetsfotodetektorerInom området optisk kommunikation inkluderar främst III-V InGaAs fotodetektorer och IV full Si och Ge/Si-fotodetektorerDen förra är en traditionell nära-infraröd detektor, som har varit dominerande under lång tid, medan den senare förlitar sig på kiseloptisk teknik för att bli en stigande stjärna, och är en het punkt inom internationell optoelektronikforskning de senaste åren. Dessutom utvecklas nya detektorer baserade på perovskit, organiska och tvådimensionella material snabbt tack vare fördelarna med enkel bearbetning, god flexibilitet och avstämbara egenskaper. Det finns betydande skillnader mellan dessa nya detektorer och traditionella oorganiska fotodetektorer i materialegenskaper och tillverkningsprocesser. Perovskitdetektorer har utmärkta ljusabsorptionsegenskaper och effektiv laddningstransportkapacitet, detektorer för organiska material används i stor utsträckning för sina låga och flexibla elektroner, och detektorer för tvådimensionella material har väckt stor uppmärksamhet på grund av sina unika fysikaliska egenskaper och höga bärvågsmobilitet. Jämfört med InGaAs- och Si/Ge-detektorer behöver dock de nya detektorerna fortfarande förbättras vad gäller långsiktig stabilitet, tillverkningsmognad och integration.
InGaAs är ett av de ideala materialen för att realisera fotodetektorer med hög hastighet och hög respons. Först och främst är InGaAs ett halvledarmaterial med direkt bandgap, och dess bandgapbredd kan regleras av förhållandet mellan In och Ga för att uppnå detektering av optiska signaler med olika våglängder. Bland dem är In0,53Ga0,47As perfekt matchad med substratgitteret i InP och har en hög ljusabsorptionskoefficient i det optiska kommunikationsbandet, vilket är det mest använda vid framställning avfotodetektorer, och mörkerströmmen och responsiviteten är också bäst. För det andra har båda InGaAs- och InP-material hög elektrondrifthastighet, och deras mättade elektrondrifthastighet är cirka 1×107 cm/s. Samtidigt har InGaAs- och InP-material en elektronhastighetsöverskridningseffekt under ett specifikt elektriskt fält. Överskridningshastigheten kan delas in i 4×107 cm/s och 6×107 cm/s, vilket bidrar till att realisera en större tidsbegränsad bandbredd med större bärvågsfrekvens. För närvarande är InGaAs-fotodetektorn den vanligaste fotodetektorn för optisk kommunikation, och ytincidenskopplingsmetoden används mest på marknaden, och ytincidensdetektorprodukter på 25 Gbaud/s och 56 Gbaud/s har realiserats. Ytincidensdetektorer med mindre storlek, bakåtincidens och stor bandbredd har också utvecklats, vilka huvudsakligen är lämpliga för applikationer med hög hastighet och hög mättnad. Ytincidensproben är dock begränsad av sitt kopplingsläge och är svår att integrera med andra optoelektroniska enheter. I takt med att kraven på optoelektronisk integration förbättras har därför vågledarkopplade InGaAs-fotodetektorer med utmärkt prestanda och lämplighet för integration gradvis blivit fokus för forskning. Bland dessa använder nästan alla kommersiella 70 GHz och 110 GHz InGaAs-fotoprobmoduler vågledarkopplade strukturer. Beroende på de olika substratmaterialen kan den vågledarkopplade InGaAs-fotoelektriska proben delas in i två kategorier: InP och Si. Det epitaxiella materialet på InP-substrat har hög kvalitet och är mer lämpligt för framställning av högpresterande komponenter. Emellertid leder olika skillnader mellan III-V-material, InGaAs-material och Si-substrat som odlas eller bondas på Si-substrat till relativt dålig material- eller gränssnittskvalitet, och det finns fortfarande stort utrymme för förbättringar hos enhetens prestanda.
Publiceringstid: 31 dec 2024