InGaAs fotodetektorid tutvustavad kiireid fotodetektoreid

Kiired fotodetektorid on kasutusele võetudInGaAs fotodetektorid

Kiired fotodetektoridOptilise side valdkonnas hõlmavad need peamiselt III-V InGaAs fotodetektoreid ja IV täis-Si ja Ge/Si fotodetektoridEsimene neist on traditsiooniline lähiinfrapunadetektor, mis on pikka aega domineerinud, samas kui teine ​​tugineb ränioptilisele tehnoloogiale, et saada tõusvaks täheks, ja on viimastel aastatel rahvusvahelise optoelektroonika uuringute valdkonnas kuum teema. Lisaks arenevad kiiresti uued perovskiidil, orgaanilistel ja kahemõõtmelistel materjalidel põhinevad detektorid tänu lihtsale töötlemisele, heale paindlikkusele ja häälestatavatele omadustele. Nende uute detektorite ja traditsiooniliste anorgaaniliste fotodetektorite vahel on olulisi erinevusi materjali omaduste ja tootmisprotsesside osas. Perovskiidi detektoritel on suurepärased valguse neeldumisomadused ja tõhus laengu transpordivõime, orgaaniliste materjalide detektoreid kasutatakse laialdaselt nende madala hinna ja paindlike elektronide tõttu ning kahemõõtmeliste materjalide detektorid on oma ainulaadsete füüsikaliste omaduste ja suure laengukandjate liikuvuse tõttu pälvinud palju tähelepanu. Võrreldes InGaAs ja Si/Ge detektoritega vajavad uued detektorid siiski täiustamist pikaajalise stabiilsuse, tootmisküpsuse ja integreerimise osas.

InGaAs on üks ideaalseid materjale kiirete ja suure reageerimisvõimega fotodetektorite valmistamiseks. Esiteks on InGaAs otsese keelutsooniga pooljuhtmaterjal ja selle keelutsooni laiust saab reguleerida In ja Ga suhtega, et saavutada erineva lainepikkusega optiliste signaalide tuvastamine. Nende hulgas sobib In0.53Ga0.47As ideaalselt InP substraadivõrega ja sellel on optilise side sagedusalas suur valguse neeldumistegur, mis on kõige laialdasemalt kasutatav materjalide valmistamisel.fotodetektoridning tumevool ja reageerimisvõime on samuti parimad. Teiseks on nii InGaAs- kui ka InP-materjalidel suur elektronide triivikiirus ning nende küllastunud elektronide triivikiirus on umbes 1 × 10⁷ cm/s. Samal ajal on InGaAs- ja InP-materjalidel spetsiifilise elektrivälja mõjul elektronide kiiruse ületamise efekt. Ületamise kiirust saab jagada 4 × 10⁷ cm/s ja 6 × 10⁷ cm/s, mis soodustab suurema ajaliselt piiratud ribalaiuse saavutamist. Praegu on InGaAs-fotodetektor optilise side jaoks kõige levinum fotodetektor ning turul kasutatakse enamasti pinnale langemise sidestusmeetodit ning on valminud 25 Gbaud/s ja 56 Gbaud/s pinnale langemise detektorite tooteid. Samuti on välja töötatud väiksema suurusega, tagasi langemise ja suure ribalaiusega pinnale langemise detektoreid, mis sobivad peamiselt suure kiiruse ja suure küllastusega rakenduste jaoks. Pinnale langemise sondi piirab aga selle sidestusviis ja seda on raske teiste optoelektrooniliste seadmetega integreerida. Seetõttu on optoelektroonilise integreerimise nõuete täiustumisega järk-järgult uurimistöö keskpunktiks tõusnud suurepärase jõudlusega ja integreerimiseks sobivad lainejuhtühendusega InGaAs-fotodetektorid, mille hulgas on peaaegu kõik kaubanduslikud 70 GHz ja 110 GHz InGaAs-fotosondi moodulid, mis kasutavad lainejuhtühendusega struktuure. Erinevate alusmaterjalide põhjal saab lainejuhtühendusega InGaAs-fotoelektrilise sondi jagada kahte kategooriasse: InP ja Si. InP-aluspinnal olev epitaksiaalne materjal on kõrge kvaliteediga ja sobib paremini suure jõudlusega seadmete valmistamiseks. Siiski põhjustavad mitmesugused mittevastavused III-V materjalide, InGaAs-materjalide ja Si-aluspindade vahel, mis on kasvatatud või liimitud Si-aluspindadele, suhteliselt halva materjali või liidese kvaliteedi ning seadme jõudluses on veel palju arenguruumi.