InGaAs fotodetektori predstavljaju fotodetektore velike brzine

Uvedeni su fotodetektori velike brzineInGaAs fotodetektori

Fotodetektori velike brzineu oblasti optičkih komunikacija uglavnom uključuju III-V InGaAs fotodetektore i IV puni Si i Ge/Si fotodetektori. Prvi je tradicionalni bliski infracrveni detektor, koji je bio dominantan dugo vremena, dok se drugi oslanja na silikonsku optičku tehnologiju kako bi postao zvijezda u usponu, te je vruća tačka u polju međunarodnih istraživanja optoelektronike posljednjih godina. Osim toga, novi detektori bazirani na perovskitu, organskim i dvodimenzionalnim materijalima brzo se razvijaju zbog prednosti lake obrade, dobre fleksibilnosti i podesivih svojstava. Postoje značajne razlike između ovih novih detektora i tradicionalnih neorganskih fotodetektora u svojstvima materijala i proizvodnim procesima. Perovskit detektori imaju odlične karakteristike apsorpcije svjetlosti i efikasan kapacitet prijenosa naboja, detektori organskih materijala se široko koriste zbog svoje niske cijene i fleksibilnosti elektrona, a dvodimenzionalni detektori materijala privukli su veliku pažnju zbog svojih jedinstvenih fizičkih svojstava i velike mobilnosti nosača. Međutim, u poređenju sa InGaAs i Si/Ge detektorima, nove detektore još treba poboljšati u smislu dugoročne stabilnosti, proizvodne zrelosti i integracije.

InGaAs je jedan od idealnih materijala za realizaciju fotodetektora velike brzine i visokog odziva. Prije svega, InGaAs je poluvodički materijal s direktnim razmakom, a njegova širina pojasnog razmaka može se regulirati omjerom između In i Ga kako bi se postigla detekcija optičkih signala različitih valnih dužina. Među njima, In0.53Ga0.47As je savršeno usklađen sa supstratnom rešetkom InP, i ima veliki koeficijent apsorpcije svjetlosti u optičkom komunikacijskom pojasu, koji se najviše koristi u pripremifotodetektori, a performanse tamne struje i odziva su također najbolji. 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 efekat prekoračenja brzine elektrona pod specifičnim električnim poljem. Brzina prekoračenja može se podijeliti na 4×107cm/s i 6×107cm/s, što je pogodno za ostvarivanje većeg vremensko ograničenog propusnog opsega nosioca. Trenutno je fotodetektor InGaAs najpopularniji fotodetektor za optičku komunikaciju, a na tržištu se najviše koristi metoda spajanja površinske incidencije, a realizovani su proizvodi površinskog detektora incidencije od 25 Gbaud/s i 56 Gbaud/s. Takođe su razvijeni detektori manje veličine, povratne incidencije i velikog propusnog opsega, koji su uglavnom pogodni za aplikacije velike brzine i velike zasićenosti. Međutim, površinska upadna sonda je ograničena svojim načinom spajanja i teško je integrirati s drugim optoelektronskim uređajima. Stoga, s poboljšanjem zahtjeva optoelektronske integracije, fotodetektori InGaAs spojeni s valovima s odličnim performansama i pogodni za integraciju postepeno su postali fokus istraživanja, među kojima komercijalni moduli fotosonde od 70 GHz i 110 GHz InGaAs gotovo svi koriste strukture spregnute s valovima. Prema različitim materijalima podloge, fotoelektrična sonda InGaAs koja spaja talasovod može se podijeliti u dvije kategorije: InP i Si. Epitaksijalni materijal na InP podlozi je visokog kvaliteta i pogodniji je za pripremu uređaja visokih performansi. Međutim, različite neusklađenosti između III-V materijala, InGaAs materijala i Si supstrata uzgojenih ili vezanih na Si supstratima dovode do relativno lošeg kvaliteta materijala ili interfejsa, a performanse uređaja i dalje imaju veliki prostor za poboljšanje.