InGaAs fotodetektori uurimistöö edenemine

Teadusuuringute edenemineInGaAs fotodetektor

Sideandmete edastuse mahu eksponentsiaalse kasvuga on optiline ühendustehnoloogia asendanud traditsioonilise elektrilise ühendustehnoloogia ja sellest on saanud keskmise ja pika vahemaa madala kadudega kiire edastuse peavoolutehnoloogia. Optilise vastuvõtupunkti põhikomponendina onfotodetektoresitab oma kiire jõudluse osas üha kõrgemaid nõudeid. Nende hulgas on lainejuhtühendusega fotodetektor väikese suurusega, suure ribalaiusega ja hõlpsasti kiibile integreeritav teiste optoelektrooniliste seadmetega, mis on kiire fotodetektsiooni uurimisfookus. Ja need on lähiinfrapuna side sagedusalas kõige tüüpilisemad fotodetektorid.

InGaAs on üks ideaalseid materjale kiire jasuure reageerimisvõimega fotodetektoridEsiteks on InGaAs otsese keelutsooniga pooljuhtmaterjal ja selle keelutsooni laiust saab reguleerida In ja Ga suhtega, mis võimaldab tuvastada erineva lainepikkusega optilisi signaale. Nende hulgas sobib In0,53Ga0,47As ideaalselt InP substraadi võrega ja sellel on optilise side sagedusalas väga kõrge valguse neeldumistegur. Seda kasutatakse kõige laialdasemalt fotodetektorite valmistamisel ning sellel on ka kõige silmapaistvam tumevoolu ja reageerimisvõime. Teiseks on nii InGaAs kui ka InP materjalidel suhteliselt kõrge elektronide triivikiirus, kusjuures nende küllastunud elektronide triivikiirused on mõlemad ligikaudu 1 × 10⁷ cm/s. Samal ajal ilmnevad InGaAs ja InP materjalidel teatud elektriväljade korral elektronide kiiruse ületamise efektid, kusjuures nende ületamise kiirused ulatuvad vastavalt 4 × 10⁷ cm/s ja 6 × 10⁷ cm/s. See soodustab suurema ristumisriba laiuse saavutamist. Praegu on InGaAs fotodetektorid optilise side jaoks kõige levinumad fotodetektorid. Samuti on välja töötatud väiksema suurusega, tagant suunatud ja suure ribalaiusega pinnaintsidendi detektorid, mida kasutatakse peamiselt sellistes rakendustes nagu suur kiirus ja kõrge küllastus.

Siiski on pinnale langevate detektorite integreerimine teiste optoelektrooniliste seadmetega keeruline nende sidestusmeetodite piirangute tõttu. Seetõttu on optoelektroonilise integratsiooni kasvava nõudluse tõttu järk-järgult uurimistöö keskpunktiks tõusnud suurepärase jõudlusega ja integreerimiseks sobivad lainejuhtühendusega InGaAs-fotodetektorid. Nende hulgas kasutavad peaaegu kõik 70 GHz ja 110 GHz kaubanduslikud InGaAs-fotodetektori moodulid lainejuhtühendusega struktuure. Alusmaterjalide erinevuse järgi saab lainejuhtühendusega InGaAs-fotodetektorid jagada peamiselt kahte tüüpi: INP-põhised ja Si-põhised. InP-aluspindadel epitaksiaalselt asetatud materjal on kõrge kvaliteediga ja sobib paremini suure jõudlusega seadmete valmistamiseks. Si-aluspindadele kasvatatud või liimitud III-V rühma materjalide puhul on aga InGaAs-materjalide ja Si-aluspindade vaheliste mitmesuguste mittevastavuste tõttu materjali või liidese kvaliteet suhteliselt halb ning seadmete jõudluses on veel märkimisväärselt arenguruumi.

Seade kasutab kahanemispiirkonna materjalina InP asemel InGaAsP-d. Kuigi see vähendab teatud määral elektronide küllastuskiirust, parandab see langeva valguse sidumist lainejuhist neeldumispiirkonda. Samal ajal eemaldatakse InGaAsP N-tüüpi kontaktkiht ja P-tüüpi pinna mõlemale küljele moodustub väike vahe, mis suurendab tõhusalt valgusvälja piirangut. See soodustab seadme suuremat reageerimisvõimet.