Fotodetektori velike brzine predstavljeni su InGaAs fotodetektori

Fotodetektore velike brzine uvodiInGaAs fotodetektori

Fotodetektori velike brzineu području optičkih komunikacija uglavnom uključuju III-V InGaAs fotodetektore i IV puni Si i Ge/Si fotodetektori. Prvi je tradicionalni bliski infracrveni detektor, koji je dugo bio dominantan, dok se drugi oslanja na silicijsku optičku tehnologiju kako bi postao zvijezda u usponu, te je vruća točka u području međunarodnih istraživanja optoelektronike posljednjih godina. Osim toga, novi detektori koji se temelje na perovskitu, organskim i dvodimenzionalnim materijalima brzo se razvijaju zbog prednosti jednostavne obrade, dobre fleksibilnosti i podesivih svojstava. Postoje značajne razlike između ovih novih detektora i tradicionalnih anorganskih fotodetektora u svojstvima materijala i proizvodnim procesima. Perovskitni detektori imaju izvrsne karakteristike apsorpcije svjetlosti i učinkovit kapacitet prijenosa naboja, detektori organskih materijala naširoko se koriste zbog svoje niske cijene i fleksibilnih elektrona, a detektori dvodimenzionalnih materijala privukli su veliku pozornost zbog svojih jedinstvenih fizičkih svojstava i visoke pokretljivosti nositelja. Međutim, u usporedbi s InGaAs i Si/Ge detektorima, nove detektore još treba poboljšati u smislu dugoročne stabilnosti, zrelosti proizvodnje i integracije.

InGaAs je jedan od idealnih materijala za realizaciju fotodetektora velike brzine i visokog odziva. Prije svega, InGaAs je poluvodički materijal s izravnim razmakom pojasa, a njegova širina razmaka pojasa može se regulirati omjerom In i Ga kako bi se postigla detekcija optičkih signala različitih valnih duljina. Među njima, In0,53Ga0,47As savršeno se slaže s rešetkom supstrata InP i ima veliki koeficijent apsorpcije svjetlosti u optičkom komunikacijskom pojasu, koji se najčešće koristi u pripremifotodetektori, a performanse tamne struje i odziva također su najbolje. Drugo, InGaAs i InP materijali imaju veliku brzinu drifta elektrona, a njihova zasićena brzina drifta elektrona je oko 1×107 cm/s. U isto vrijeme, InGaAs i InP materijali imaju učinak prekoračenja brzine elektrona pod specifičnim električnim poljem. Brzina prekoračenja može se podijeliti na 4 × 107 cm/s i 6 × 107 cm/s, što je pogodno za ostvarivanje većeg, vremenski ograničenog pojasa nositelja. Trenutačno je InGaAs fotodetektor najčešći fotodetektor za optičku komunikaciju, a metoda spajanja površinskog upada uglavnom se koristi na tržištu, a proizvodi detektora površinskog upada od 25 Gbaud/s i 56 Gbaud/s su realizirani. Također su razvijeni površinski upadni detektori manje veličine, povratnog upada i velike propusnosti, koji su uglavnom prikladni za aplikacije velike brzine i visokog zasićenja. Međutim, sonda koja upada na površinu ograničena je načinom spajanja i teško ju je integrirati s drugim optoelektroničkim uređajima. Stoga, s poboljšanjem zahtjeva za optoelektroničku integraciju, InGaAs fotodetektori spregnuti valovodom s izvrsnim performansama i prikladni za integraciju postupno su postali fokus istraživanja, među kojima komercijalni moduli fotosonde InGaAs od 70 GHz i 110 GHz gotovo svi koriste strukture spregnute valovodom. Prema različitim materijalima supstrata, fotoelektrična sonda za spajanje valovoda InGaAs može se podijeliti u dvije kategorije: InP i Si. Epitaksijalni materijal na InP podlozi ima visoku kvalitetu i prikladniji je za pripremu uređaja visokih performansi. Međutim, razne neusklađenosti između III-V materijala, InGaAs materijala i Si supstrata uzgojenih ili zalijepljenih na Si supstrate dovode do relativno loše kvalitete materijala ili sučelja, a performanse uređaja još uvijek imaju veliki prostor za poboljšanje.