Forskningsframsteg för InGaAs fotodetektor

Forskningsframsteg förInGaAs fotodetektor

Med den exponentiella tillväxten av kommunikationsdataöverföringsvolymen har optisk sammankopplingsteknik ersatt traditionell elektrisk sammankopplingsteknik och blivit den vanligaste tekniken för överföring med låg förlust och hög hastighet på medel- och långa avstånd. Som kärnkomponent i den optiska mottagaränden är denfotodetektorhar allt högre krav på höghastighetsprestanda. Bland dem är den vågledarkopplade fotodetektorn liten i storlek, hög bandbredd och enkel att integrera på chipet med andra optoelektroniska enheter, vilket är forskningsfokus för höghastighetsfotodetektion, och är de mest representativa fotodetektorerna i det nära-infraröda kommunikationsbandet.

InGaAs är ett av de ideala materialen för att uppnå hög hastighet ochhögresponsfotodetektorerFör 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 In₂₅₃Ga₂₅₀As perfekt matchad med InP-substratgittret och har en mycket hög ljusabsorptionskoefficient i det optiska kommunikationsbandet. Det är det mest använda vid framställning av fotodetektorer och har också den mest enastående prestandan vad gäller mörkström och respons. För det andra har både InGaAs- och InP-material relativt höga elektrondrifthastigheter, där deras mättade elektrondrifthastigheter båda är ungefär 1×10₂ cm⁻¹/s. Samtidigt uppvisar InGaAs- och InP-material under specifika elektriska fält elektronhastighetsöverskridningseffekter, där deras överskridningshastigheter når 4×10₂ cm⁻¹/s respektive 6×10₂ cm⁻¹/s. Detta bidrar till att uppnå en högre korsningsbandbredd. För närvarande är InGaAs-fotodetektorer de vanligaste fotodetektorerna för optisk kommunikation. Mindre, bakåtriktade och högbandbredda ytincidensdetektorer 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.

Enheten använder InGaAsP istället för InP som material i utarmningsområdet. Även om det minskar elektronernas mättnadsdrifthastighet i viss mån, förbättrar det kopplingen av infallande ljus från vågledaren till absorptionsområdet. Samtidigt avlägsnas InGaAsP N-typ kontaktskiktet, och ett litet mellanrum bildas på varje sida av P-typ ytan, vilket effektivt ökar begränsningen av ljusfältet. Detta bidrar till att anordningen uppnår en högre responsivitet.