Onderzoeksvoortgang vanInGaAs-fotodetector
Door de exponentiële groei van het volume aan communicatiedataoverdracht heeft optische interconnectietechnologie de traditionele elektrische interconnectietechnologie vervangen en is het de gangbare technologie geworden voor verliesarme, snelle transmissie over middellange en lange afstanden. Als kerncomponent van de optische ontvangende kant, defotodetectorDe eisen aan de snelheidsprestaties worden steeds hoger. De golfgeleidergekoppelde fotodetector is klein van formaat, heeft een hoge bandbreedte en kan eenvoudig op een chip met andere opto-elektronische apparaten worden geïntegreerd. Dit maakt het onderzoek naar snelle fotodetectie een belangrijk speerpunt. Daarnaast zijn golfgeleidergekoppelde fotodetectoren de meest representatieve fotodetectoren in de nabij-infrarood communicatieband.
InGaAs is een van de ideale materialen voor het bereiken van hoge snelheden enfotodetectoren met hoge responsTen eerste is InGaAs een halfgeleidermateriaal met een directe bandgap, waarvan de bandbreedte kan worden geregeld door de verhouding tussen In en Ga. Dit maakt de detectie van optische signalen met verschillende golflengten mogelijk. In0.53Ga0.47As is perfect afgestemd op het InP-substraatrooster en heeft een zeer hoge lichtabsorptiecoëfficiënt in de optische communicatieband. Het wordt het meest gebruikt bij de productie van fotodetectoren en heeft bovendien de meest uitstekende donkerstroom- en responsiviteitsprestaties. Ten tweede hebben zowel InGaAs als InP relatief hoge elektronendriftsnelheden, met een verzadigde elektronendriftsnelheid van ongeveer 1 × 10⁷ cm/s. Onder specifieke elektrische velden vertonen InGaAs en InP bovendien elektronensnelheidsoverschrijdingseffecten, waarbij de overschrijdingssnelheden respectievelijk 4 × 10⁷ cm/s en 6 × 10⁷ cm/s bereiken. Dit draagt bij aan een hogere bandbreedte. Momenteel zijn InGaAs-fotodetectoren de meest gangbare fotodetectoren voor optische communicatie. Er zijn ook kleinere detectoren ontwikkeld die licht van achteren opvangen en detectoren met een hoge bandbreedte die licht van het oppervlak opvangen. Deze worden voornamelijk gebruikt in toepassingen zoals hoge snelheden en hoge verzadiging.
Vanwege de beperkingen van hun koppelingsmethoden zijn oppervlakte-incidentdetectoren echter moeilijk te integreren met andere opto-elektronische apparaten. Daarom is, met de toenemende vraag naar opto-elektronische integratie, de focus van onderzoek steeds meer komen te staan op golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotodetectoren met uitstekende prestaties en geschiktheid voor integratie. Commerciële InGaAs-fotodetectormodules van 70 GHz en 110 GHz maken vrijwel allemaal gebruik van golfgeleiderkoppelingsstructuren. Op basis van de gebruikte substraatmaterialen kunnen golfgeleidergekoppelde InGaAs-fotodetectoren hoofdzakelijk in twee typen worden ingedeeld: op InP-substraten en op Si-substraten. Het epitaxiaal gegroeide materiaal op InP-substraten is van hoge kwaliteit en beter geschikt voor de fabricage van hoogwaardige apparaten. Voor III-V-groepmaterialen die op Si-substraten worden gegroeid of gebonden, is de materiaal- of interfacekwaliteit echter relatief slecht vanwege diverse mismatches tussen InGaAs-materialen en Si-substraten, waardoor er nog aanzienlijke ruimte is voor verbetering van de prestaties van de apparaten.
Het apparaat gebruikt InGaAsP in plaats van InP als materiaal voor de depletielaag. Hoewel dit de verzadigingsdriftsnelheid van elektronen tot op zekere hoogte verlaagt, verbetert het de koppeling van invallend licht van de golfgeleider naar het absorptiegebied. Tegelijkertijd wordt de N-type contactlaag van InGaAsP verwijderd en ontstaat er een kleine opening aan weerszijden van het P-type oppervlak, waardoor de beperking van het lichtveld effectief wordt versterkt. Dit draagt bij aan een hogere responsiviteit van het apparaat.
Geplaatst op: 28 juli 2025