Los fotodetectores de alta velocidad se introducen mediante fotodetectores InGaAs.

Los fotodetectores de alta velocidad son introducidos porfotodetectores InGaAs

fotodetectores de alta velocidadEn el campo de las comunicaciones ópticas se incluyen principalmente fotodetectores III-V InGaAs y fotodetectores IV de Si y Ge/fotodetectores de silicioEl primero es un detector de infrarrojo cercano tradicional, que ha dominado el mercado durante mucho tiempo, mientras que el segundo, basado en tecnología óptica de silicio, se ha convertido en una tecnología emergente y un tema de gran interés en la investigación optoelectrónica internacional en los últimos años. Además, los nuevos detectores basados ​​en perovskita, materiales orgánicos y bidimensionales se están desarrollando rápidamente gracias a sus ventajas: fácil procesamiento, buena flexibilidad y propiedades ajustables. Existen diferencias significativas entre estos nuevos detectores y los fotodetectores inorgánicos tradicionales en cuanto a las propiedades de los materiales y los procesos de fabricación. Los detectores de perovskita presentan excelentes características de absorción de luz y una eficiente capacidad de transporte de carga; los detectores de materiales orgánicos se utilizan ampliamente por su bajo coste y la flexibilidad de sus electrones; y los detectores de materiales bidimensionales han atraído mucha atención debido a sus propiedades físicas únicas y su alta movilidad de portadores. Sin embargo, en comparación con los detectores de InGaAs y Si/Ge, los nuevos detectores aún necesitan mejoras en términos de estabilidad a largo plazo, madurez de fabricación e integración.

El InGaAs es uno de los materiales ideales para la fabricación de fotodetectores de alta velocidad y alta respuesta. En primer lugar, el InGaAs es un semiconductor de banda prohibida directa, cuyo ancho se puede regular mediante la proporción de In y Ga para lograr la detección de señales ópticas de diferentes longitudes de onda. Entre ellos, el In0.53Ga0.47As se adapta perfectamente a la red cristalina del sustrato de InP y presenta un alto coeficiente de absorción de luz en la banda de comunicaciones ópticas, por lo que es el más utilizado en la preparación de fotodetectores.fotodetectoresAdemás, su rendimiento en corriente oscura y capacidad de respuesta es óptimo. En segundo lugar, los materiales InGaAs e InP presentan una alta velocidad de deriva electrónica, alcanzando una velocidad de deriva electrónica saturada de aproximadamente 1×10⁷ cm/s. Asimismo, ambos materiales experimentan un efecto de sobreimpulso en la velocidad electrónica bajo un campo eléctrico específico. Este sobreimpulso puede variar entre 4×10⁷ cm/s y 6×10⁷ cm/s, lo cual favorece la obtención de un mayor ancho de banda limitado por el tiempo de propagación de los portadores. Actualmente, el fotodetector InGaAs es el más utilizado en comunicaciones ópticas, empleando principalmente el método de acoplamiento por incidencia superficial. Ya se han desarrollado detectores de incidencia superficial de 25 Gbaud/s y 56 Gbaud/s. También se han desarrollado detectores de incidencia superficial de menor tamaño, incidencia posterior y mayor ancho de banda, idóneos principalmente para aplicaciones de alta velocidad y alta saturación. Sin embargo, la sonda de incidencia superficial está limitada por su modo de acoplamiento y resulta difícil de integrar con otros dispositivos optoelectrónicos. Por lo tanto, con la mejora de los requisitos de integración optoelectrónica, los fotodetectores InGaAs acoplados a guías de onda, de excelente rendimiento y aptos para la integración, se han convertido gradualmente en el foco de la investigación. De hecho, casi todos los módulos comerciales de fotoprobe InGaAs de 70 GHz y 110 GHz utilizan estructuras acopladas a guías de onda. Según los diferentes materiales del sustrato, la sonda fotoeléctrica InGaAs acoplada a guías de onda se puede dividir en dos categorías: InP y Si. El material epitaxial sobre sustrato de InP es de alta calidad y resulta más adecuado para la fabricación de dispositivos de alto rendimiento. Sin embargo, diversas incompatibilidades entre los materiales III-V, los materiales InGaAs y los sustratos de Si crecidos o unidos a estos últimos dan lugar a una calidad de material o interfaz relativamente baja, y el rendimiento del dispositivo aún tiene un amplio margen de mejora.