InGaAs-fotodetektorit esittelevät nopeat fotodetektorit

Nopeat fotodetektorit otetaan käyttöönInGaAs-fotodetektorit

Nopeat fotodetektoritoptisen viestinnän alalla pääasiassa III-V InGaAs-fotodetektoreita ja IV-kokoisia Si- ja Ge-ilmaisimia.Si-fotodetektoritEnsimmäinen on perinteinen lähi-infrapuna-ilmaisin, joka on ollut hallitseva jo pitkään, kun taas jälkimmäinen perustuu piioptiseen teknologiaan noustakseen nousevaksi tähdeksi ja on ollut kuuma kohde kansainvälisen optoelektroniikan tutkimuksen alalla viime vuosina. Lisäksi uudet perovskiitti-, orgaanisiin ja kaksiulotteisiin materiaaleihin perustuvat ilmaisimet kehittyvät nopeasti helpon prosessoinnin, hyvän joustavuuden ja viritettävyyden etujen ansiosta. Näiden uusien ilmaisimien ja perinteisten epäorgaanisten fotoilmaisimien välillä on merkittäviä eroja materiaalien ominaisuuksissa ja valmistusprosesseissa. Perovskiitti-ilmaisimilla on erinomaiset valon absorptio-ominaisuudet ja tehokas varauksensiirtokapasiteetti, orgaanisten materiaalien ilmaisimia käytetään laajalti niiden edullisten ja joustavien elektronien vuoksi, ja kaksiulotteisten materiaalien ilmaisimet ovat herättäneet paljon huomiota ainutlaatuisten fysikaalisten ominaisuuksiensa ja suuren varauksenkuljettajien liikkuvuuden ansiosta. Verrattuna InGaAs- ja Si/Ge-ilmaisimiin, uusia ilmaisimia on kuitenkin vielä parannettava pitkän aikavälin vakauden, valmistuskypsyyden ja integroinnin suhteen.

InGaAs on yksi ihanteellisista materiaaleista nopeiden ja korkean vasteen omaavien fotodetektorien toteuttamiseen. Ensinnäkin InGaAs on suora kaistanleveyden puolijohdemateriaali, ja sen kaistanleveyttä voidaan säätää In:n ja Ga:n välisellä suhteella, jotta saavutetaan eri aallonpituisten optisten signaalien havaitseminen. Näistä In0.53Ga0.47As sopii täydellisesti InP:n substraattihilaan ja sillä on suuri valon absorptiokerroin optisella tiedonsiirtokaistalla, mikä on yleisimmin käytetty materiaali valmistuksessa...valoilmaisimet, ja myös pimeävirta ja vastekyky ovat parhaita. Toiseksi, sekä InGaAs- että InP-materiaaleilla on suuri elektronien ajautumisnopeus, ja niiden saturoituneen elektronin ajautumisnopeus on noin 1 × 10⁻⁷ cm/s. Samanaikaisesti InGaAs- ja InP-materiaaleilla on elektronien nopeuden ylitysvaikutus tietyssä sähkökentässä. Ylitysnopeus voidaan jakaa 4 × 10⁻⁷ cm/s ja 6 × 10⁻⁷ cm/s, mikä edistää suuremman kantoaallon aikarajoitetun kaistanleveyden toteutumista. Tällä hetkellä InGaAs-fotodetektori on yleisin fotodetektori optiseen tietoliikenteeseen, ja markkinoilla käytetään enimmäkseen pintaan tulon kytkentämenetelmää, ja 25 Gbaud/s ja 56 Gbaud/s pintaan tulon ilmaisimia on toteutettu. On kehitetty myös pienempiä kokoja, takaisin tulon ja suuren kaistanleveyden pintaan tulon ilmaisimia, jotka soveltuvat pääasiassa suuriin nopeuksiin ja korkean kylläisyyden sovelluksiin. Pintaan tulon ilmaisinta rajoittaa kuitenkin sen kytkentätapa, ja sitä on vaikea integroida muihin optoelektronisiin laitteisiin. Optoelektronisen integroinnin vaatimusten parantuessa erinomaisen suorituskyvyn ja integrointikelpoisuuden omaavat aaltojohdekytketyt InGaAs-fotodetektorit ovat vähitellen nousseet tutkimuksen keskipisteeksi. Näistä kaupalliset 70 GHz:n ja 110 GHz:n InGaAs-fotoelektriset luotainmoduulit käyttävät lähes kaikki aaltojohdekytkettyjä rakenteita. Erilaisten alustamateriaalien mukaan aaltojohdekytketyt InGaAs-fotoelektriset luotaimet voidaan jakaa kahteen luokkaan: InP ja Si. InP-alustalla oleva epitaksiaalinen materiaali on korkealaatuista ja soveltuu paremmin korkean suorituskyvyn omaavien laitteiden valmistukseen. Erilaiset epäsuhtaumat III-V-materiaalien, InGaAs-materiaalien ja Si-alustoille kasvatettujen tai kiinnitettyjen Si-alustojen välillä johtavat kuitenkin suhteellisen heikkoon materiaalin tai rajapinnan laatuun, ja laitteen suorituskyvyssä on vielä paljon parantamisen varaa.