Hochgeschwindigkeits-Fotodetektoren werden durch InGaAs-Fotodetektoren eingeführt

Hochgeschwindigkeits-Fotodetektoren werden eingeführt vonInGaAs-Fotodetektoren

Hochgeschwindigkeits-Fotodetektorenim Bereich der optischen Kommunikation umfassen hauptsächlich III-V-InGaAs-Fotodetektoren und IV-Voll-Si- und Ge/Si-Fotodetektoren. Ersteres ist ein traditioneller Nahinfrarot-Detektor, der seit langem vorherrscht, während letzteres auf der optischen Siliziumtechnologie basiert, um sich zu einem aufstrebenden Stern zu entwickeln, und in den letzten Jahren ein Hotspot auf dem Gebiet der internationalen optoelektronischen Forschung ist. Darüber hinaus entwickeln sich neue Detektoren auf Basis von Perowskit, organischen und zweidimensionalen Materialien aufgrund der Vorteile einfacher Verarbeitung, guter Flexibilität und einstellbarer Eigenschaften rasant. Es gibt erhebliche Unterschiede zwischen diesen neuen Detektoren und herkömmlichen anorganischen Fotodetektoren hinsichtlich der Materialeigenschaften und Herstellungsverfahren. Perowskit-Detektoren verfügen über hervorragende 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 Ladungsträgermobilität große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Allerdings müssen die neuen Detektoren im Vergleich zu InGaAs- und Si/Ge-Detektoren hinsichtlich Langzeitstabilität, Fertigungsreife und Integration noch verbessert werden.

InGaAs ist eines der idealen Materialien für die Realisierung von Hochgeschwindigkeits- und Reaktionsfotodetektoren. Erstens ist InGaAs ein Halbleitermaterial mit direkter Bandlücke, und seine Bandlückenbreite kann durch das Verhältnis zwischen In und Ga reguliert werden, um die Erkennung optischer Signale unterschiedlicher Wellenlängen zu erreichen. Unter diesen ist In0,53Ga0,47As perfekt auf das Substratgitter von InP abgestimmt und weist einen großen Lichtabsorptionskoeffizienten im optischen Kommunikationsband auf, das bei der Herstellung von am häufigsten verwendet wirdFotodetektoren, und auch der Dunkelstrom und die Reaktionsgeschwindigkeit sind die besten. Zweitens weisen sowohl InGaAs- als auch InP-Materialien eine hohe Elektronendriftgeschwindigkeit auf, und ihre gesättigte Elektronendriftgeschwindigkeit beträgt etwa 1×107 cm/s. Gleichzeitig kommt es bei InGaAs- und InP-Materialien zu einem Überschießen der Elektronengeschwindigkeit unter einem spezifischen elektrischen Feld. Die Überschwinggeschwindigkeit kann in 4 × 107 cm/s und 6 × 107 cm/s unterteilt werden, was der Realisierung einer größeren zeitbegrenzten Trägerbandbreite förderlich ist. Derzeit ist der InGaAs-Fotodetektor der am weitesten verbreitete Fotodetektor für die optische Kommunikation, und auf dem Markt wird hauptsächlich die Methode der Oberflächeneinfallskopplung verwendet, und die Produkte der Oberflächeneinfallsdetektoren mit 25 Gbaud/s und 56 Gbaud/s wurden realisiert. Es wurden auch Detektoren mit kleinerer Größe, Rückeinfall und Oberflächeneinfall mit großer Bandbreite entwickelt, die hauptsächlich für Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit und hoher Sättigung geeignet sind. Allerdings ist die Oberflächeneinfallssonde durch ihren Kopplungsmodus begrenzt und lässt sich nur schwer in andere optoelektronische Geräte integrieren. Daher sind mit der Verbesserung der optoelektronischen Integrationsanforderungen nach und nach wellenleitergekoppelte InGaAs-Fotodetektoren mit hervorragender Leistung und Integrationsfähigkeit in den Fokus der Forschung gerückt, wobei die kommerziellen 70-GHz- und 110-GHz-InGaAs-Fotosondenmodule fast alle wellenleitergekoppelte Strukturen verwenden. Je nach den unterschiedlichen Substratmaterialien kann die fotoelektrische InGaAs-Sonde mit Wellenleiterkopplung in zwei Kategorien unterteilt werden: InP und Si. Das Epitaxiematerial auf dem InP-Substrat weist eine hohe Qualität auf und eignet sich besser für die Herstellung von Hochleistungsgeräten. Allerdings führen verschiedene Fehlanpassungen zwischen III-V-Materialien, InGaAs-Materialien und Si-Substraten, die auf Si-Substraten gewachsen oder gebunden sind, zu einer relativ schlechten Material- oder Schnittstellenqualität, und die Leistung des Geräts bietet noch viel Raum für Verbesserungen.