IntroduzirFotodetector InGaAs
O InGaAs é um dos materiais ideais para alcançar alta resposta efotodetector de alta velocidadePrimeiramente, o InGaAs é um material semicondutor de banda proibida direta, e a largura da sua banda proibida pode ser regulada pela proporção entre In e Ga, permitindo a detecção de sinais ópticos de diferentes comprimentos de onda. Dentre eles, o In0,53Ga0,47As apresenta excelente compatibilidade com a rede cristalina do substrato InP e possui um coeficiente de absorção de luz muito alto na faixa de comunicação óptica. É o mais utilizado na preparação de...fotodetectorAlém disso, apresenta excelente desempenho em corrente escura e responsividade. Em segundo lugar, tanto o InGaAs quanto o InP possuem velocidades de deriva de elétrons relativamente altas, com suas velocidades de deriva de elétrons saturadas em torno de 1×10⁷ cm/s. Ademais, sob campos elétricos específicos, o InGaAs e o InP exibem efeitos de ultrapassagem da velocidade dos elétrons, atingindo velocidades de 4×10⁷ cm/s e 6×10⁷ cm/s, respectivamente. Isso contribui para a obtenção de uma maior largura de banda de cruzamento. Atualmente, os fotodetectores de InGaAs são os mais utilizados em comunicação óptica. No mercado, o método de acoplamento por incidência superficial é o mais comum. Detectores de incidência superficial com 25 Gaud/s e 56 Gaud/s já são produzidos em massa. Detectores de incidência superficial de tamanho reduzido, com incidência traseira e alta largura de banda, também foram desenvolvidos, principalmente para aplicações que exigem alta velocidade e alta saturação. No entanto, devido às limitações dos seus métodos de acoplamento, os detectores de incidência superficial são difíceis de integrar com outros dispositivos optoeletrônicos. Portanto, com a crescente demanda por integração optoeletrônica, os fotodetectores de InGaAs acoplados por guia de ondas, com excelente desempenho e adequados para integração, tornaram-se gradualmente o foco da pesquisa. Entre eles, os módulos comerciais de fotodetectores de InGaAs de 70 GHz e 110 GHz adotam quase todos estruturas de acoplamento por guia de ondas. De acordo com a diferença nos materiais do substrato, os fotodetectores de InGaAs acoplados por guia de ondas podem ser classificados principalmente em dois tipos: baseados em InP e baseados em Si. O material epitaxial em substratos de InP possui alta qualidade e é mais adequado para a fabricação de dispositivos de alto desempenho. Entretanto, para materiais do grupo III-V crescidos ou ligados em substratos de Si, devido a várias incompatibilidades entre os materiais de InGaAs e os substratos de Si, a qualidade do material ou da interface é relativamente baixa, e ainda há considerável espaço para melhorias no desempenho dos dispositivos.
A estabilidade do fotodetector em diversos ambientes de aplicação, especialmente sob condições extremas, é um dos fatores-chave para aplicações práticas. Nos últimos anos, novos tipos de detectores, como os de perovskita, orgânicos e bidimensionais, que têm atraído muita atenção, ainda enfrentam muitos desafios em termos de estabilidade a longo prazo, devido à sua suscetibilidade a fatores ambientais. Além disso, o processo de integração de novos materiais ainda não está consolidado e requer mais pesquisas para a produção em larga escala e a obtenção de desempenho consistente.
Embora a introdução de indutores possa aumentar efetivamente a largura de banda dos dispositivos atualmente, ela não é comum em sistemas de comunicação óptica digital. Portanto, como evitar impactos negativos e reduzir ainda mais os parâmetros RC parasitas do dispositivo é uma das linhas de pesquisa para fotodetectores de alta velocidade. Em segundo lugar, à medida que a largura de banda dos fotodetectores acoplados a guias de onda continua aumentando, a restrição entre largura de banda e responsividade começa a surgir novamente. Embora já tenham sido relatados fotodetectores de Ge/Si e InGaAs com largura de banda de 3 dB superior a 200 GHz, suas responsividades não são satisfatórias. Como aumentar a largura de banda, mantendo uma boa responsividade, é um importante tópico de pesquisa, que pode exigir a introdução de novos materiais compatíveis com o processo (alta mobilidade e alto coeficiente de absorção) ou novas estruturas de dispositivos de alta velocidade para ser solucionado. Além disso, à medida que a largura de banda do dispositivo aumenta, os cenários de aplicação de detectores em enlaces fotônicos de micro-ondas aumentarão gradualmente. Ao contrário da baixa potência óptica incidente e da detecção de alta sensibilidade em comunicação óptica, esse cenário, com base na alta largura de banda, apresenta uma alta demanda de potência de saturação para incidência de alta potência. No entanto, dispositivos de alta largura de banda geralmente adotam estruturas de tamanho reduzido, o que dificulta a fabricação de fotodetectores de alta velocidade e alta potência de saturação, sendo necessárias inovações adicionais na extração de portadores e na dissipação de calor desses dispositivos. Por fim, a redução da corrente escura em detectores de alta velocidade permanece um desafio a ser superado em fotodetectores com incompatibilidade de rede cristalina. A corrente escura está principalmente relacionada à qualidade do cristal e ao estado da superfície do material. Portanto, processos-chave como heteroepitaxia de alta qualidade ou ligações em sistemas com incompatibilidade de rede cristalina requerem mais pesquisa e investimento.
Data da publicação: 20 de agosto de 2025