Hogesnelheidsfotodetectoren worden geïntroduceerd doorInGaAs-fotodetectoren
HogesnelheidsfotodetectorenOp het gebied van optische communicatie omvatten deze voornamelijk III-V InGaAs-fotodetectoren en IV-volledig Si- en Ge-fotodetectoren.Si-fotodetectorenDe eerste is een traditionele nabij-infrarooddetector, die lange tijd dominant is geweest, terwijl de tweede, die gebruikmaakt van optische siliciumtechnologie, een rijzende ster is geworden en de afgelopen jaren een hot topic is in het internationale opto-elektronicaonderzoek. Daarnaast ontwikkelen zich snel nieuwe detectoren op basis van perovskiet, organische en tweedimensionale materialen vanwege de voordelen van eenvoudige verwerking, goede flexibiliteit en afstemmbare eigenschappen. Er zijn aanzienlijke verschillen tussen deze nieuwe detectoren en traditionele anorganische fotodetectoren wat betreft materiaaleigenschappen en productieprocessen. Perovskietdetectoren hebben uitstekende lichtabsorptie-eigenschappen en een efficiënt ladingstransportvermogen, detectoren van organische materialen worden veel gebruikt vanwege hun lage kosten en flexibele elektronen, en detectoren van tweedimensionale materialen hebben veel aandacht getrokken vanwege hun unieke fysische eigenschappen en hoge ladingsdragerbewegelijkheid. In vergelijking met InGaAs- en Si/Ge-detectoren moeten de nieuwe detectoren echter nog worden verbeterd op het gebied van stabiliteit op lange termijn, productierijpheid en integratie.
InGaAs is een van de ideale materialen voor het realiseren van snelle fotodetectoren met een hoge respons. InGaAs is allereerst een halfgeleider met een directe bandgap, waarvan de bandbreedte kan worden geregeld door de verhouding tussen In en Ga, waardoor optische signalen van verschillende golflengten kunnen worden gedetecteerd. In0.53Ga0.47As sluit perfect aan op het substraatrooster van InP en heeft een grote lichtabsorptiecoëfficiënt in de optische communicatieband. Het is daarom het meest gebruikte materiaal bij de bereiding van fotodetectoren.fotodetectorenEn de donkerstroom en responsiviteit zijn ook het beste. Ten tweede hebben zowel InGaAs- als InP-materialen een hoge elektronendriftsnelheid, waarbij hun verzadigde elektronendriftsnelheid ongeveer 1 × 10⁷ cm/s bedraagt. Tegelijkertijd vertonen InGaAs- en InP-materialen een elektronensnelheidsoverschot onder een specifiek elektrisch veld. Dit overschot kan worden onderverdeeld in 4 × 10⁷ cm/s en 6 × 10⁷ cm/s, wat bijdraagt aan het realiseren van een grotere, door de tijd beperkte bandbreedte van de ladingsdragers. Momenteel is de InGaAs-fotodetector de meest gangbare fotodetector voor optische communicatie. De oppervlakte-incidentiekoppeling wordt veelvuldig gebruikt op de markt, en er zijn al oppervlakte-incidentiedetectoren met snelheden van 25 Gbaud/s en 56 Gbaud/s gerealiseerd. Ook zijn er kleinere, achterwaartse incidentiedetectoren met een grote bandbreedte ontwikkeld, die vooral geschikt zijn voor toepassingen met hoge snelheden en een hoge verzadiging. De oppervlakte-incidentieprobe is echter beperkt door de koppelingsmodus en is moeilijk te integreren met andere opto-elektronische apparaten. Daarom zijn, met de toenemende eisen aan opto-elektronische integratie, golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotodetectoren met uitstekende prestaties en geschiktheid voor integratie geleidelijk aan het onderzoeksgebied geworden. Commerciële 70 GHz- en 110 GHz InGaAs-fotoprobemodules maken hierbij vrijwel allemaal gebruik van golfgeleidergekoppelde structuren. Afhankelijk van het substraatmateriaal kunnen golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotoprobes worden onderverdeeld in twee categorieën: InP en Si. Het epitaxiale materiaal op een InP-substraat is van hoge kwaliteit en is meer geschikt voor de productie van hoogwaardige apparaten. Echter, diverse mismatches tussen III-V-materialen, InGaAs-materialen en Si-substraten, gegroeid of gebonden op Si-substraten, leiden tot een relatief slechte materiaal- of interfacekwaliteit, waardoor de prestaties van het apparaat nog veel ruimte voor verbetering bieden.
Geplaatst op: 31 december 2024