Forskningsfremgang for InGaAs fotodetektor

Forskningsfremdrift avInGaAs fotodetektor

Med den eksponentielle veksten i kommunikasjonsdataoverføringsvolum har optisk sammenkoblingsteknologi erstattet tradisjonell elektrisk sammenkoblingsteknologi og blitt den vanlige teknologien for lavtap og høyhastighetsoverføring over mellom- og langdistanse. Som kjernekomponenten i den optiske mottakerenden,fotodetektorhar stadig høyere krav til høyhastighetsytelse. Blant disse er bølgelederkoblede fotodetektorer små i størrelse, høy båndbredde og enkle å integrere på brikken med andre optoelektroniske enheter, som er forskningsfokuset innen høyhastighetsfotodeteksjon, og de er de mest representative fotodetektorene i det nær-infrarøde kommunikasjonsbåndet.

InGaAs er et av de ideelle materialene for å oppnå høy hastighet oghøyresponsfotodetektorerFor 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 In0,53Ga0,47As perfekt tilpasset InP-substratgitteret og har en veldig høy lysabsorpsjonskoeffisient i det optiske kommunikasjonsbåndet. Det er det mest brukte materialet i fremstillingen av fotodetektorer, og har også den mest fremragende ytelsen når det gjelder mørkestrøm og respons. For det andre har både InGaAs- og InP-materialer relativt høye elektrondrifthastigheter, med mettede elektrondrifthastigheter på omtrent 1 × 107 cm/s. Samtidig viser InGaAs- og InP-materialer under spesifikke elektriske felt elektronoversvingseffekter, 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 de mest vanlige fotodetektorene for optisk kommunikasjon. Mindre overflatehendelsesdetektorer med bakoverhendelse og høy båndbredde har også blitt utviklet, hovedsakelig brukt i 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.

Enheten bruker InGaAsP i stedet for InP som materiale i uttømmingsområdet. Selv om det reduserer metningsdriftshastigheten til elektronene til en viss grad, forbedrer det koblingen av innfallende lys fra bølgelederen til absorpsjonsområdet. Samtidig fjernes InGaAsP N-type kontaktlaget, og et lite gap dannes på hver side av P-type overflaten, noe som effektivt forbedrer begrensningen på lysfeltet. Dette bidrar til at enheten oppnår høyere respons.