Tutkimuksen edistyminenInGaAs-fotodetektori
Viestintätiedonsiirtomäärän eksponentiaalisen kasvun myötä optinen yhteenliitäntätekniikka on korvannut perinteisen sähköisen yhteenliitäntätekniikan ja siitä on tullut valtavirtatekniikka keskipitkän ja pitkän matkan pienihäviöisissä suurnopeuslähetyksissä. Optisen vastaanottopään ydinosanavaloilmaisinasettaa yhä korkeampia vaatimuksia nopealle suorituskyvylle. Näistä aaltojohdekytketty valoilmaisin on kooltaan pieni, kaistanleveydeltään suuri ja helppo integroida sirulle muiden optoelektronisten laitteiden kanssa, mikä on nopean valoilmaisun tutkimuksen painopiste. Ja ne ovat edustavimpia valoilmaisimia lähi-infrapuna-alueen tiedonsiirtoalueella.
InGaAs on yksi ihanteellisista materiaaleista nopeaan jakorkean vasteen fotodetektoritEnsinnäkin InGaAs on suoran energiavyön puolijohdemateriaali, ja sen energiavyön leveyttä voidaan säädellä In:n ja Ga:n välisellä suhteella, mikä mahdollistaa eri aallonpituisten optisten signaalien havaitsemisen. Näistä In0.53Ga0.47As sopii täydellisesti InP-substraattihilaan ja sillä on erittäin korkea valon absorptiokerroin optisen tiedonsiirron kaistalla. Sitä käytetään eniten valoilmaisimien valmistuksessa, ja sillä on myös erinomaiset pimeävirran ja vastekyvyn ominaisuudet. Toiseksi sekä InGaAs- että InP-materiaaleilla on suhteellisen korkeat elektronien ajautumisnopeudet, ja niiden kyllästyneiden elektronien ajautumisnopeudet ovat molemmat noin 1 × 107 cm/s. Samaan aikaan tietyissä sähkökentissä InGaAs- ja InP-materiaaleilla on elektronien nopeuden ylitysvaikutuksia, ja niiden ylitysnopeudet ovat vastaavasti 4 × 107 cm/s ja 6 × 107 cm/s. Tämä edistää suuremman ylityskaistanleveyden saavuttamista. Tällä hetkellä InGaAs-valoilmaisimet ovat yleisimpiä valoilmaisimia optiseen tiedonsiirtoon. Myös pienempiä, taaksepäin tulevia ja suuren kaistanleveyden pintaan kohdistuvien ilmaisimien on kehitetty, ja niitä käytetään pääasiassa sovelluksissa, kuten suurnopeus- ja korkea saturaatio.
Kytkentämenetelmiensä rajoitusten vuoksi pintaan tulevia ilmaisimia on kuitenkin vaikea integroida muihin optoelektronisiin laitteisiin. Siksi optoelektronisen integroinnin kysynnän kasvaessa erinomaisen suorituskyvyn omaavat ja integrointiin soveltuvat aaltojohdekytketyt InGaAs-fotoilmaisimet ovat vähitellen nousseet tutkimuksen keskipisteeksi. Näistä kaupalliset 70 GHz:n ja 110 GHz:n InGaAs-fotoilmaisinmoduulit käyttävät lähes kaikki aaltojohdekytkentärakenteita. Substraattimateriaalien erojen mukaan aaltojohdekytketyt InGaAs-fotoilmaisimet voidaan luokitella pääasiassa kahteen tyyppiin: INP-pohjaisiin ja piipohjaisiin. InP-alustoille epitaksiaalisesti kiinnitetty materiaali on korkealaatuista ja soveltuu paremmin korkean suorituskyvyn laitteiden valmistukseen. Pi-alustoille kasvatettujen tai sidottujen III-V-ryhmän materiaalien materiaalin tai rajapinnan laatu on kuitenkin suhteellisen heikko InGaAs-materiaalien ja piialustojen välisten erilaisten yhteensopimattomuuksien vuoksi, ja laitteiden suorituskyvyssä on vielä huomattavasti parantamisen varaa.
Laite käyttää InP:n sijaan InGaAsP:tä tyhjennysalueen materiaalina. Vaikka se vähentää elektronien saturaationopeutta jossain määrin, se parantaa tulevan valon kytkentää aaltojohteesta absorptioalueelle. Samalla InGaAsP:n N-tyyppinen kontaktikerros poistetaan ja P-tyyppisen pinnan molemmille puolille muodostuu pieni rako, mikä tehokkaasti parantaa valokentän rajoitusta. Tämä edistää laitteen korkeampaa vasteaikaa.
Julkaisuaika: 28.7.2025