Fotodetectores de alta velocidade são introduzidos pelos fotodetectores InGaAs

Fotodetectores de alta velocidade são introduzidos porFotodetectores InGaAs

Fotodetectores de alta velocidadeno campo da comunicação óptica incluem principalmente fotodetectores III-V InGaAs e IV full Si e Ge/Fotodetectores de Si. O primeiro é um detector tradicional de infravermelho próximo, que tem sido dominante há muito 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 os fotodetectores inorgânicos tradicionais nas propriedades dos materiais e nos 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 InGaAs e Si/Ge, os novos detectores ainda precisam ser melhorados em termos de estabilidade a longo prazo, maturidade de fabricação e integração.

InGaAs é um dos materiais ideais para a realização de fotodetectores de alta velocidade e alta resposta. Em primeiro lugar, o InGaAs é um material semicondutor de bandgap direto, e sua largura de bandgap pode ser regulada pela razão entre In e Ga para obter a detecção de sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda. Dentre eles, o In0,53Ga0,47As combina perfeitamente com a rede do substrato do InP, e possui um grande coeficiente de absorção de luz na banda de comunicação óptica, que é a mais utilizada na preparação defotodetectores, e o desempenho da corrente escura e da capacidade de resposta 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 saturada é de cerca de 1 × 107 cm/s. Ao mesmo tempo, os materiais InGaAs e InP têm efeito de ultrapassagem da velocidade do elétron sob um campo elétrico específico. A velocidade de overshoot pode ser dividida em 4 × 107 cm/s e 6 × 107 cm/s, o que conduz à obtenção de uma largura de banda maior com limite de tempo da portadora. Atualmente, o fotodetector InGaAs é o fotodetector mais popular para comunicação óptica, e o método de acoplamento de incidência de superfície é usado principalmente no mercado, e os produtos detectores de incidência de superfície de 25 Gbaud/s e 56 Gbaud/s foram realizados. Também foram desenvolvidos detectores de incidência superficial de tamanho menor, incidência traseira e grande largura de banda, que são principalmente adequados para aplicações de alta velocidade e alta saturação. No entanto, a sonda incidente na superfície é limitada pelo seu modo de acoplamento e é difícil de integrar com outros dispositivos optoeletrônicos. Portanto, com a melhoria dos requisitos de integração optoeletrônica, fotodetectores InGaAs acoplados a guias de ondas com excelente desempenho e adequados para integração tornaram-se gradualmente o foco de pesquisas, entre os quais os módulos fotossonda InGaAs comerciais de 70 GHz e 110 GHz estão quase todos usando estruturas acopladas a guias de ondas. De acordo com os diferentes materiais do substrato, a sonda fotoelétrica InGaAs de acoplamento de guia de onda pode ser dividida em duas categorias: InP e Si. O material epitaxial sobre substrato InP possui alta qualidade e é mais adequado para a preparação de dispositivos de alto desempenho. No entanto, várias incompatibilidades entre materiais III-V, materiais InGaAs e substratos de Si cultivados ou ligados em substratos de Si levam a um material ou qualidade de interface relativamente pobre, e o desempenho do dispositivo ainda tem um grande espaço para melhorias.