Avances en la investigación defotodetector InGaAs
Con el crecimiento exponencial del volumen de transmisión de datos de comunicación, la tecnología de interconexión óptica ha reemplazado a la tecnología de interconexión eléctrica tradicional y se ha convertido en la tecnología predominante para la transmisión de alta velocidad, baja pérdida y media y larga distancia. Como componente central del extremo receptor óptico, elfotodetectorLa tecnología presenta exigencias cada vez mayores en cuanto a su rendimiento a alta velocidad. Entre los dispositivos que incorporan fotodetectores, el fotodetector acoplado a guía de onda destaca por su tamaño reducido, su gran ancho de banda y su fácil integración en chip con otros dispositivos optoelectrónicos, lo que lo convierte en el foco de la investigación en fotodetección de alta velocidad. Además, es uno de los fotodetectores más representativos en la banda de comunicación del infrarrojo cercano.
El InGaAs es uno de los materiales ideales para lograr alta velocidad yfotodetectores de alta respuestaEn primer lugar, el InGaAs es un semiconductor de banda prohibida directa, cuyo ancho se puede regular mediante la proporción de In y Ga, lo que permite la detección de señales ópticas de diferentes longitudes de onda. El In0.53Ga0.47As presenta una excelente compatibilidad con la red cristalina del sustrato de InP y posee un coeficiente de absorción de luz muy elevado en la banda de comunicaciones ópticas. Es el más utilizado en la fabricación de fotodetectores y, además, ofrece el mejor rendimiento en cuanto a corriente oscura y responsividad. En segundo lugar, tanto el InGaAs como el InP presentan velocidades de deriva electrónica relativamente altas, con velocidades de deriva electrónica de saturación de aproximadamente 1 × 107 cm/s. Asimismo, bajo campos eléctricos específicos, ambos materiales presentan efectos de sobreimpulso en la velocidad electrónica, alcanzando valores de 4 × 107 cm/s y 6 × 107 cm/s, respectivamente. Esto favorece la obtención de un mayor ancho de banda de cruce. Actualmente, los fotodetectores de InGaAs son los más utilizados en comunicaciones ópticas. También se han desarrollado detectores de incidencia superficial de menor tamaño, de incidencia posterior y de gran ancho de banda, utilizados principalmente en aplicaciones como alta velocidad y alta saturación.
Sin embargo, debido a las limitaciones de sus métodos de acoplamiento, los detectores de incidencia superficial son difíciles de integrar con otros dispositivos optoelectrónicos. Por lo tanto, ante la creciente demanda de integración optoelectrónica, los fotodetectores InGaAs acoplados a guías de onda, con excelente rendimiento y aptos para la integración, se han convertido gradualmente en el foco de la investigación. Entre ellos, casi todos los módulos fotodetectores InGaAs comerciales de 70 GHz y 110 GHz adoptan estructuras de acoplamiento mediante guías de onda. Según la diferencia en los materiales del sustrato, los fotodetectores 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 presenta alta calidad y es más adecuado para la fabricación de dispositivos de alto rendimiento. Sin embargo, para los materiales del grupo III-V crecidos o unidos sobre sustratos de Si, debido a diversas incompatibilidades entre los materiales InGaAs y los sustratos de Si, la calidad del material o de la interfaz es relativamente baja, y aún existe un margen considerable de mejora en el rendimiento de los dispositivos.
El dispositivo utiliza InGaAsP en lugar de InP como material de la región de agotamiento. Si bien esto reduce la velocidad de deriva de saturación de los electrones en cierta medida, mejora el acoplamiento de la luz incidente desde la guía de onda a la región de absorción. Al mismo tiempo, se elimina la capa de contacto de tipo N de InGaAsP y se forma un pequeño espacio a cada lado de la superficie de tipo P, lo que mejora la restricción del campo de luz. Esto favorece que el dispositivo alcance una mayor responsividad.
Fecha de publicación: 28 de julio de 2025