IntroducirFotodetector de InGaAs
InGaAs es uno de los materiales ideales para lograr una alta respuesta yfotodetector de alta velocidadEn primer lugar, el InGaAs es un material semiconductor de banda prohibida directa, cuyo ancho de banda se puede regular mediante la relación entre In y Ga, lo que permite la detección de señales ópticas de diferentes longitudes de onda. Entre ellas, el In0.53Ga0.47As se adapta perfectamente a la red del sustrato InP y presenta un coeficiente de absorción de luz muy alto en la banda de comunicación óptica. Es el más utilizado en la preparación de...fotodetectory también tiene el rendimiento de corriente oscura y capacidad de respuesta más sobresaliente. En segundo lugar, tanto los materiales InGaAs como InP tienen velocidades de deriva de electrones relativamente altas, con velocidades de deriva de electrones saturadas de aproximadamente 1 × 107 cm/s. Mientras tanto, bajo campos eléctricos específicos, los materiales InGaAs e InP exhiben efectos de sobreimpulso de la velocidad de los electrones, con velocidades de sobreimpulso que alcanzan 4 × 107 cm/s y 6 × 107 cm/s respectivamente. Es propicio para lograr un mayor ancho de banda de cruce. En la actualidad, los fotodetectores InGaAs son los fotodetectores más convencionales para la comunicación óptica. En el mercado, el método de acoplamiento de superficie-incidente es el más común. Los productos de detector de superficie-incidente con 25 Gaud/s y 56 Gaud/s ya se pueden producir en masa. También se han desarrollado detectores de superficie-incidente de menor tamaño, de retroincidente y de gran ancho de banda, principalmente para aplicaciones como alta velocidad y alta saturación. Sin embargo, debido a las limitaciones de sus métodos de acoplamiento, los detectores de incidentes superficiales son difíciles de integrar con otros dispositivos optoelectrónicos. Por lo tanto, con la creciente demanda de integración optoelectrónica, los fotodetectores de InGaAs acoplados a guías de onda con excelente rendimiento y adecuados para la integración se han convertido gradualmente en el foco de investigación. Entre ellos, casi todos los módulos de fotodetectores de InGaAs comerciales de 70 GHz y 110 GHz adoptan estructuras de acoplamiento de guías de onda. Según la diferencia en los materiales del sustrato, los fotodetectores de InGaAs acoplados a guías de onda se pueden clasificar principalmente en dos tipos: basados en INP y basados en Si. El material epitaxial sobre sustratos de InP tiene alta calidad y es más adecuado para la fabricación de dispositivos de alto rendimiento. Sin embargo, para los materiales del grupo III-V cultivados o unidos sobre sustratos de Si, debido a diversos desajustes entre los materiales de InGaAs y los sustratos de Si, la calidad del material o de la interfaz es relativamente baja, y aún hay un margen considerable para mejorar el rendimiento de los dispositivos.
La estabilidad de los fotodetectores en diversos entornos de aplicación, especialmente en condiciones extremas, es un factor clave en la práctica. En los últimos años, nuevos tipos de detectores, como la perovskita, los materiales orgánicos y bidimensionales, que han atraído gran atención, aún enfrentan numerosos desafíos en cuanto a su estabilidad a largo plazo, debido a que los propios materiales se ven fácilmente afectados por factores ambientales. Mientras tanto, el proceso de integración de nuevos materiales aún no está maduro, y se requiere mayor investigación para lograr una producción a gran escala y un rendimiento consistente.
Aunque la introducción de inductores puede aumentar eficazmente el ancho de banda de los dispositivos en la actualidad, no es popular en los sistemas de comunicación óptica digital. Por lo tanto, cómo evitar impactos negativos para reducir aún más los parámetros RC parásitos del dispositivo es una de las direcciones de investigación de los fotodetectores de alta velocidad. En segundo lugar, a medida que aumenta el ancho de banda de los fotodetectores acoplados a guía de onda, la restricción entre el ancho de banda y la capacidad de respuesta comienza a surgir de nuevo. Si bien se han reportado fotodetectores de Ge/Si y de InGaAs con un ancho de banda de 3 dB superior a 200 GHz, sus capacidades de respuesta no son satisfactorias. Cómo aumentar el ancho de banda manteniendo una buena capacidad de respuesta es un tema de investigación importante, que puede requerir la introducción de nuevos materiales compatibles con el proceso (alta movilidad y alto coeficiente de absorción) o nuevas estructuras de dispositivos de alta velocidad para resolverlo. Además, a medida que aumenta el ancho de banda del dispositivo, los escenarios de aplicación de los detectores en enlaces fotónicos de microondas aumentarán gradualmente. A diferencia de la baja incidencia de potencia óptica y la detección de alta sensibilidad en la comunicación óptica, este escenario, basado en un gran ancho de banda, presenta una alta demanda de potencia de saturación para una incidencia de alta potencia. Sin embargo, los dispositivos de gran ancho de banda suelen adoptar estructuras de pequeño tamaño, por lo que no es fácil fabricar fotodetectores de alta velocidad y alta potencia de saturación, y podrían requerirse innovaciones adicionales en la extracción de portadores y la disipación de calor de los dispositivos. Finalmente, la reducción de la corriente oscura de los detectores de alta velocidad sigue siendo un problema que los fotodetectores con desajuste de red deben resolver. La corriente oscura se relaciona principalmente con la calidad del cristal y el estado superficial del material. Por lo tanto, procesos clave como la heteroepitaxia de alta calidad o la unión bajo sistemas con desajuste de red requieren mayor investigación e inversión.
Hora de publicación: 20 de agosto de 2025