InföraInGaAs fotodetektor
InGaAs är ett av de ideala materialen för att uppnå hög respons ochhöghastighetsfotodetektorFör det första är InGaAs ett halvledarmaterial med direkt bandgap, och dess bandgapbredd kan regleras av förhållandet mellan In och Ga, vilket möjliggör detektering av optiska signaler med olika våglängder. Bland dem är In₂₅₅Ga₂₅₅As perfekt anpassad till InP-substratgittret och har en mycket hög ljusabsorptionskoefficient i det optiska kommunikationsbandet. Det är det mest använda vid framställning avfotodetektoroch har även den mest enastående prestandan vad gäller mörkström och respons. För det andra har både InGaAs- och InP-material relativt höga elektrondriftshastigheter, där deras mättade elektrondriftshastigheter båda är ungefär 1×107 cm/s. Samtidigt uppvisar InGaAs- och InP-material under specifika elektriska fält elektronhastighetsöversvängningseffekter, där deras översvängningshastigheter når 4×107 cm/s respektive 6×107 cm/s. Detta bidrar till att uppnå en högre korsningsbandbredd. För närvarande är InGaAs-fotodetektorer den vanligaste fotodetektorn för optisk kommunikation. På marknaden är ytinfallskopplingsmetoden den vanligaste. Ytinfallsdetektorprodukter med 25 Gaud/s och 56 Gaud/s kan redan massproduceras. Mindre, bakåtinfallande och högbandbredda ytinfallsdetektorer har också utvecklats, främst för tillämpningar som hög hastighet och hög mättnad. På grund av begränsningarna i deras kopplingsmetoder är det dock svårt att integrera ytinfallsdetektorer med andra optoelektroniska enheter. Därför, med den ökande efterfrågan på optoelektronisk integration, har vågledarkopplade InGaAs-fotodetektorer med utmärkt prestanda och lämpliga för integration gradvis blivit fokus för forskning. Bland dessa använder nästan alla kommersiella InGaAs-fotodetektormoduler på 70 GHz och 110 GHz vågledarkopplingsstrukturer. Beroende på skillnaden i substratmaterial kan vågledarkopplade InGaAs-fotodetektorer huvudsakligen klassificeras i två typer: INP-baserade och Si-baserade. Materialet som är epitaxiellt på InP-substrat har hög kvalitet och är mer lämpligt för tillverkning av högpresterande enheter. För III-V-gruppmaterial som odlas eller bundna på Si-substrat är dock material- eller gränssnittskvaliteten relativt dålig på grund av olika skillnader mellan InGaAs-material och Si-substrat, och det finns fortfarande avsevärt utrymme för förbättring av enheternas prestanda.
Fotodetektorns stabilitet i olika tillämpningsmiljöer, särskilt under extrema förhållanden, är också en av nyckelfaktorerna i praktiska tillämpningar. Under senare år har nya typer av detektorer, såsom perovskit, organiska och tvådimensionella material, som har väckt stor uppmärksamhet, fortfarande möt många utmaningar när det gäller långsiktig stabilitet på grund av att materialen själva lätt påverkas av miljöfaktorer. Samtidigt är integrationsprocessen för nya material fortfarande inte mogen, och ytterligare utforskning behövs fortfarande för storskalig produktion och prestandakonsekvens.
Även om införandet av induktorer effektivt kan öka bandbredden hos enheter för närvarande, är det inte populärt i digitala optiska kommunikationssystem. Därför är hur man undviker negativa effekter för att ytterligare minska enhetens parasitiska RC-parametrar en av forskningsinriktningarna för höghastighetsfotodetektorer. För det andra, i takt med att bandbredden hos vågledarkopplade fotodetektorer fortsätter att öka, börjar begränsningen mellan bandbredd och responsivitet återigen uppstå. Även om Ge/Si-fotodetektorer och InGaAs-fotodetektorer med en 3dB-bandbredd som överstiger 200 GHz har rapporterats, är deras responsivitet inte tillfredsställande. Hur man ökar bandbredden samtidigt som man bibehåller god responsivitet är ett viktigt forskningsämne, vilket kan kräva införandet av nya processkompatibla material (hög mobilitet och hög absorptionskoefficient) eller nya höghastighetsenhetsstrukturer för att lösa problemet. Dessutom, i takt med att enhetens bandbredd ökar, kommer tillämpningsscenarierna för detektorer i mikrovågsfotoniska länkar gradvis att öka. Till skillnad från den låga optiska effektincidensen och högkänslighetsdetekteringen i optisk kommunikation, har detta scenario, baserat på hög bandbredd, ett högt mättnadseffektbehov för hög effektincidens. Emellertid använder enheter med hög bandbredd vanligtvis små strukturer, så det är inte lätt att tillverka fotodetektorer med hög hastighet och hög mättnadseffekt, och ytterligare innovationer kan behövas inom bärvågsextraktion och värmeavledning hos enheterna. Slutligen är minskning av mörkerströmmen hos höghastighetsdetektorer fortfarande ett problem som fotodetektorer med gittermissmatchning behöver lösa. Mörkström är huvudsakligen relaterad till kristallkvaliteten och materialets yttillstånd. Därför kräver viktiga processer som högkvalitativ heteroepitaxi eller bindning under gittermissmatchningssystem mer forskning och investeringar.
Publiceringstid: 20 augusti 2025