Progresso da pesquisa deFotodetector InGaAs
Com o crescimento exponencial do volume de transmissão de dados em comunicações, a tecnologia de interconexão óptica substituiu a tecnologia tradicional de interconexão elétrica e se tornou a tecnologia dominante para transmissão de alta velocidade com baixa perda em médias e longas distâncias. Como componente central da extremidade receptora óptica, ofotodetectorA detecção de alta velocidade tem requisitos cada vez mais rigorosos. Dentre eles, o fotodetector acoplado a guia de ondas se destaca por seu tamanho reduzido, alta largura de banda e facilidade de integração em chip com outros dispositivos optoeletrônicos, sendo o foco de pesquisa em fotodetecção de alta velocidade. Esses fotodetectores são os mais representativos na faixa de comunicação do infravermelho próximo.
O InGaAs é um dos materiais ideais para alcançar alta velocidade efotodetectores de alta respostaPrimeiramente, 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 de InP e possui um coeficiente de absorção de luz muito alto na banda de comunicação óptica. É o mais utilizado na fabricação de fotodetectores e também apresenta o melhor desempenho em corrente escura e responsividade. Em segundo lugar, tanto o InGaAs quanto o InP possuem velocidades de deriva eletrônica relativamente altas, com suas velocidades de deriva eletrônica saturadas em torno de 1×10⁷ cm/s. Além disso, sob campos elétricos específicos, o InGaAs e o InP exibem efeitos de ultrapassagem da velocidade eletrônica, com suas velocidades de ultrapassagem atingindo 4×10⁷ cm/s e 6×10⁷ cm/s, respectivamente. Isso contribui para a obtenção de uma largura de banda de cruzamento maior. Atualmente, os fotodetectores de InGaAs são os mais utilizados em comunicação óptica. Detectores de incidência traseira, de tamanho reduzido e de alta largura de banda, com incidência na superfície, também foram desenvolvidos, sendo utilizados principalmente em aplicações como 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.
O dispositivo utiliza InGaAsP em vez de InP como material da região de depleção. Embora isso reduza a velocidade de deriva de saturação dos elétrons até certo ponto, melhora o acoplamento da luz incidente do guia de ondas à região de absorção. Ao mesmo tempo, a camada de contato tipo N de InGaAsP é removida e uma pequena lacuna é formada em cada lado da superfície tipo P, aumentando efetivamente a restrição do campo de luz. Isso contribui para que o dispositivo alcance uma maior responsividade.
Data da publicação: 28/07/2025