Fotodetectores de alta velocidade são introduzidos porFotodetectores InGaAs
Fotodetectores de alta velocidadeno campo da comunicação óptica incluem principalmente fotodetectores III-V InGaAs e IV Si completo e Ge/Fotodetectores de Si. O primeiro é um detector tradicional de infravermelho próximo, que tem sido dominante por um longo tempo, enquanto o último depende da tecnologia óptica de silício para se tornar uma estrela em ascensão e é um ponto quente no campo da pesquisa optoeletrônica internacional nos últimos anos. Além disso, novos detectores baseados em perovskita, materiais orgânicos e bidimensionais estão se desenvolvendo rapidamente devido às vantagens de fácil processamento, boa flexibilidade e propriedades ajustáveis. Existem diferenças significativas entre esses novos detectores e fotodetectores inorgânicos tradicionais em propriedades de materiais e processos de fabricação. Os detectores de perovskita têm excelentes características de absorção de luz e capacidade eficiente de transporte de carga, os detectores de materiais orgânicos são amplamente utilizados por seu baixo custo e elétrons flexíveis, e os detectores de materiais bidimensionais têm atraído muita atenção devido às suas propriedades físicas únicas e alta mobilidade de portadores. No entanto, em comparação com os detectores de InGaAs e Si/Ge, os novos detectores ainda precisam ser aprimorados em termos de estabilidade a longo prazo, maturidade de fabricação e integração.
O InGaAs é um dos materiais ideais para a construção de fotodetectores de alta velocidade e alta resposta. Primeiramente, o InGaAs é um material semicondutor com banda proibida direta, e sua largura de banda pode ser regulada pela razão entre In e Ga, permitindo a detecção de sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda. Dentre eles, o In0,53Ga0,47As se adapta perfeitamente à estrutura do substrato de InP e possui um alto coeficiente de absorção de luz na banda de comunicação óptica, sendo a mais amplamente utilizada na preparação defotodetectores, e o desempenho da corrente escura e da responsividade também são os melhores. Em segundo lugar, os materiais InGaAs e InP têm alta velocidade de deriva de elétrons, e sua velocidade de deriva de elétrons saturados é de cerca de 1 × 107 cm/s. Ao mesmo tempo, os materiais InGaAs e InP têm efeito de ultrapassagem da velocidade dos elétrons sob campo elétrico específico. A velocidade de ultrapassagem pode ser dividida em 4 × 107 cm/s e 6 × 107 cm/s, o que é propício para a obtenção de uma largura de banda maior com tempo limitado de portadora. Atualmente, o fotodetector InGaAs é o fotodetector mais popular para comunicação óptica, e o método de acoplamento de incidência de superfície é o mais usado no mercado, e os produtos de detector de incidência de superfície de 25 Gbaud/s e 56 Gbaud/s foram realizados. Detectores de incidência de superfície de tamanho menor, incidência traseira e grande largura de banda também foram desenvolvidos, os quais são principalmente adequados para aplicações de alta velocidade e alta saturação. No entanto, a sonda de incidência de superfície é limitada por seu modo de acoplamento e é difícil de integrar com outros dispositivos optoeletrônicos. Portanto, com a melhoria dos requisitos de integração optoeletrônica, fotodetectores de InGaAs acoplados a guias de onda com excelente desempenho e adequados para integração tornaram-se gradualmente o foco da pesquisa, entre os quais os módulos fotoprobe comerciais de InGaAs de 70 GHz e 110 GHz são quase todos utilizando estruturas acopladas a guias de onda. De acordo com os diferentes materiais do substrato, as sondas fotoelétricas de InGaAs acopladas a guias de onda podem ser divididas em duas categorias: InP e Si. O material epitaxial no substrato de InP tem alta qualidade e é mais adequado para a preparação de dispositivos de alto desempenho. No entanto, várias incompatibilidades entre materiais III-V, materiais de InGaAs e substratos de Si cultivados ou ligados em substratos de Si levam a uma qualidade de material ou interface relativamente baixa, e o desempenho do dispositivo ainda tem muito a melhorar.
Data de publicação: 31 de dezembro de 2024