Hochgeschwindigkeits-Fotodetektoren werden durch InGaAs-Fotodetektoren eingeführt

Hochgeschwindigkeits-Fotodetektoren werden eingeführt durchInGaAs-Fotodetektoren

Hochgeschwindigkeits-FotodetektorenIm Bereich der optischen Kommunikation sind vor allem III-V InGaAs Photodetektoren und IV Voll Si und Ge/Si-Fotodetektoren. Ersterer ist ein traditioneller Nahinfrarotdetektor, der lange Zeit vorherrschend war, während letzterer auf Silizium-Optiktechnologie setzt, um sich zu einem aufsteigenden Stern zu entwickeln, und in den letzten Jahren zu einem Hotspot in der internationalen Optoelektronikforschung geworden ist. Darüber hinaus entwickeln sich neue Detektoren auf Basis von Perowskit, organischen und zweidimensionalen Materialien aufgrund der Vorteile der einfachen Verarbeitung, guten Flexibilität und abstimmbaren Eigenschaften schnell. Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen diesen neuen Detektoren und traditionellen anorganischen Fotodetektoren hinsichtlich der Materialeigenschaften und Herstellungsverfahren. Perowskit-Detektoren haben ausgezeichnete Lichtabsorptionseigenschaften und eine effiziente Ladungstransportkapazität, Detektoren aus organischen Materialien werden aufgrund ihrer geringen Kosten und flexiblen Elektronen häufig verwendet und Detektoren aus zweidimensionalen Materialien haben aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften und hohen Trägermobilität große Aufmerksamkeit erregt. Verglichen mit InGaAs- und Si/Ge-Detektoren müssen die neuen Detektoren jedoch hinsichtlich Langzeitstabilität, Fertigungsreife und Integration noch verbessert werden.

InGaAs ist eines der idealen Materialien für die Realisierung von Hochgeschwindigkeits- und reaktionsschnellen Fotodetektoren. InGaAs ist ein Halbleitermaterial mit direkter Bandlücke, dessen Bandlückenbreite durch das Verhältnis von In zu Ga reguliert werden kann, um die Erfassung optischer Signale unterschiedlicher Wellenlängen zu ermöglichen. In0,53Ga0,47As ist perfekt auf das Substratgitter von InP abgestimmt und weist einen hohen Lichtabsorptionskoeffizienten im optischen Kommunikationsband auf, was bei der Herstellung von am häufigsten verwendeten Materialien am häufigsten vorkommt.Fotodetektoren, und auch der Dunkelstrom und die Reaktionsfähigkeit sind am besten. Zweitens haben sowohl InGaAs- als auch InP-Materialien eine hohe Elektronendriftgeschwindigkeit, und ihre gesättigte Elektronendriftgeschwindigkeit beträgt etwa 1×107 cm/s. Gleichzeitig kommt es bei InGaAs- und InP-Materialien unter einem bestimmten elektrischen Feld zu einem Überschwingeffekt der Elektronengeschwindigkeit. Die Überschwinggeschwindigkeit kann in 4×107 cm/s und 6×107 cm/s unterteilt werden, wodurch eine größere, zeitlich begrenzte Trägerbandbreite erreicht wird. Derzeit ist der InGaAs-Fotodetektor der gängigste Fotodetektor für die optische Kommunikation, und die Oberflächeneinfallskopplung wird am häufigsten auf dem Markt verwendet, und es wurden Produkte mit 25-GBaud/s- und 56-GBaud/s-Oberflächeneinfallsdetektoren hergestellt. Es wurden auch kleinere Oberflächeneinfallsdetektoren mit Rückeinfall und großer Bandbreite entwickelt, die hauptsächlich für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Sättigung geeignet sind. Die Oberflächeneinfallssonde ist jedoch durch ihren Kopplungsmodus begrenzt und lässt sich nur schwer in andere optoelektronische Geräte integrieren. Mit der Verbesserung der Anforderungen an die optoelektronische Integration sind daher leistungsfähige und integrierbare InGaAs-Photodetektoren mit Wellenleiterkopplung allmählich in den Fokus der Forschung gerückt. Die kommerziellen InGaAs-Photodetektormodule für 70 GHz und 110 GHz verwenden fast alle wellenleitergekoppelte Strukturen. Je nach Substratmaterial lassen sich InGaAs-Photodetektoren mit Wellenleiterkopplung in zwei Kategorien unterteilen: InP und Si. Das epitaktische Material auf InP-Substraten ist von hoher Qualität und eignet sich besser zur Herstellung von Hochleistungsgeräten. Verschiedene Fehlpaarungen zwischen III-V-Materialien, InGaAs-Materialien und auf Si-Substraten gewachsenen oder gebondeten Si-Substraten führen jedoch zu einer relativ schlechten Material- oder Schnittstellenqualität, sodass die Leistung des Geräts noch erheblich verbesserungswürdig ist.