IntrodusereInGaAs fotodetektor
InGaAs er et av de ideelle materialene for å oppnå høy respons oghøyhastighets fotodetektorFor det første er InGaAs et halvledermateriale med direkte båndgap, og båndgapbredden kan reguleres av forholdet mellom In og Ga, noe som muliggjør deteksjon av optiske signaler med forskjellige bølgelengder. Blant dem er In₂₅₃Ga₂₅₄As perfekt tilpasset InP-substratgitteret og har en veldig høy lysabsorpsjonskoeffisient i det optiske kommunikasjonsbåndet. Det er det mest brukte i fremstillingen avfotodetektorog har også den mest fremragende ytelsen når det gjelder mørkestrøm og respons. For det andre har både InGaAs- og InP-materialer relativt høye elektrondriftshastigheter, med mettede elektrondriftshastigheter på omtrent 1 × 107 cm/s. Samtidig viser InGaAs- og InP-materialer under spesifikke elektriske felt elektronhastighetsoversvingseffekter, med oversvingshastigheter på henholdsvis 4 × 107 cm/s og 6 × 107 cm/s. Dette bidrar til å oppnå en høyere kryssingsbåndbredde. For tiden er InGaAs-fotodetektorer den mest vanlige fotodetektoren for optisk kommunikasjon. På markedet er overflatehendelseskoblingsmetoden den vanligste. Overflatehendelsesdetektorprodukter med 25 Gaud/s og 56 Gaud/s kan allerede masseproduseres. Mindre, bakoverhendelses- og høybåndbredde-overflatehendelsesdetektorer er også utviklet, hovedsakelig for applikasjoner som høy hastighet og høy metning. På grunn av begrensningene i koblingsmetodene deres er det imidlertid vanskelig å integrere overflatedetektorer med andre optoelektroniske enheter. Med den økende etterspørselen etter optoelektronisk integrasjon har derfor bølgelederkoblede InGaAs-fotodetektorer med utmerket ytelse og egnet for integrasjon gradvis blitt fokus for forskning. Blant disse bruker nesten alle kommersielle InGaAs-fotodetektormoduler på 70 GHz og 110 GHz bølgelederkoblingsstrukturer. I henhold til forskjellen i substratmaterialer kan bølgelederkoblede InGaAs-fotodetektorer hovedsakelig klassifiseres i to typer: INP-baserte og Si-baserte. Materialet epitaksialt på InP-substrater har høy kvalitet og er mer egnet for fabrikasjon av høyytelsesenheter. For III-V-gruppematerialer som dyrkes eller bindes på Si-substrater, er imidlertid material- eller grensesnittkvaliteten relativt dårlig på grunn av ulike avvik mellom InGaAs-materialer og Si-substrater, og det er fortsatt betydelig rom for forbedring av enhetenes ytelse.
Fotodetektorens stabilitet i ulike bruksmiljøer, spesielt under ekstreme forhold, er også en av nøkkelfaktorene i praktiske anvendelser. I de senere år har nye typer detektorer, som perovskitt, organiske og todimensjonale materialer, som har fått mye oppmerksomhet, fortsatt møtt mange utfordringer når det gjelder langsiktig stabilitet på grunn av det faktum at materialene i seg selv lett påvirkes av miljøfaktorer. Samtidig er integrasjonsprosessen for nye materialer fortsatt ikke moden, og videre utforskning er fortsatt nødvendig for storskala produksjon og konsistens i ytelsen.
Selv om introduksjonen av induktorer effektivt kan øke båndbredden til enheter for tiden, er det ikke populært i digitale optiske kommunikasjonssystemer. Derfor er hvordan man kan unngå negative påvirkninger for å ytterligere redusere enhetens parasittiske RC-parametre en av forskningsretningene for høyhastighetsfotodetektorer. For det andre, ettersom båndbredden til bølgelederkoblede fotodetektorer fortsetter å øke, begynner begrensningen mellom båndbredde og responsivitet å dukke opp igjen. Selv om Ge/Si-fotodetektorer og InGaAs-fotodetektorer med en 3dB båndbredde som overstiger 200 GHz har blitt rapportert, er responsiviteten deres ikke tilfredsstillende. Hvordan øke båndbredden samtidig som man opprettholder god responsivitet er et viktig forskningstema, som kan kreve introduksjon av nye prosesskompatible materialer (høy mobilitet og høy absorpsjonskoeffisient) eller nye høyhastighets enhetsstrukturer for å løse. I tillegg, etter hvert som enhetens båndbredde øker, vil bruksscenariene for detektorer i mikrobølgefotoniske lenker gradvis øke. I motsetning til den lille optiske effektforekomsten og høyfølsomhetsdeteksjon i optisk kommunikasjon, har dette scenariet, på grunnlag av høy båndbredde, et høyt metningseffektbehov for høy effektforekomst. Imidlertid bruker enheter med høy båndbredde vanligvis små strukturer, så det er ikke lett å lage fotodetektorer med høy hastighet og høy metningseffekt, og ytterligere innovasjoner kan være nødvendig innen bærerutvinning og varmespredning av enhetene. Til slutt er det fortsatt et problem å redusere mørkestrømmen til høyhastighetsdetektorer som fotodetektorer med gittermismatch må løse. Mørkestrøm er hovedsakelig relatert til krystallkvaliteten og overflatetilstanden til materialet. Derfor krever viktige prosesser som heteroepitaksi av høy kvalitet eller binding under gittermismatch-systemer mer forskning og investeringer.
Publisert: 20. august 2025