Avances de la investigación del fotodetector InGaAs

Progreso de la investigación deFotodetector de InGaAs

Con el crecimiento exponencial del volumen de transmisión de datos de comunicación, la tecnología de interconexión óptica ha reemplazado a la tecnología tradicional de interconexión eléctrica y se ha convertido en la tecnología principal para la transmisión de alta velocidad, con bajas pérdidas y a media y larga distancia. Como componente principal del extremo receptor óptico, el...fotodetectorLos fotodetectores acoplados a guía de ondas presentan requisitos cada vez más exigentes para su rendimiento de alta velocidad. Entre ellos, destacan su pequeño tamaño, gran ancho de banda y fácil integración en chip con otros dispositivos optoelectrónicos, lo cual constituye el foco de investigación de la fotodetección de alta velocidad. Además, son los fotodetectores más representativos en la banda de comunicación del infrarrojo cercano.

InGaAs es uno de los materiales ideales para lograr alta velocidad yfotodetectores de alta respuestaEn primer lugar, InGaAs es un material semiconductor de banda prohibida directa, y su ancho de banda prohibida se puede regular mediante la relación entre In y Ga, lo que permite la detección de señales ópticas de diferentes longitudes de onda. Entre ellos, In0.53Ga0.47As se adapta perfectamente a la red del sustrato InP y tiene un coeficiente de absorción de luz muy alto en la banda de comunicación óptica. Es el más utilizado en la preparación de fotodetectores y también tiene el rendimiento más sobresaliente en corriente oscura y capacidad de respuesta. En segundo lugar, tanto los materiales InGaAs como InP tienen velocidades de deriva de electrones relativamente altas, siendo sus velocidades de deriva de electrones saturadas ambas de aproximadamente 1 × 10⁻⁴ cm/s. Mientras tanto, bajo campos eléctricos específicos, los materiales InGaAs e InP exhiben efectos de sobreimpulso de velocidad de electrones, con velocidades de sobreimpulso que alcanzan 4 × 10⁻⁴ cm/s y 6 × 10⁻⁴ cm/s respectivamente. Es propicio para lograr un mayor ancho de banda de cruce. Actualmente, los fotodetectores de InGaAs son los más comunes para la comunicación óptica. También se han desarrollado detectores de superficie incidentes de menor tamaño, retroincidentes y de gran ancho de banda, utilizados principalmente en aplicaciones de 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 la 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 varios 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.

El dispositivo utiliza InGaAsP en lugar de InP como material de la región de agotamiento. Si bien reduce en cierta medida la velocidad de deriva de saturación de los electrones, mejora el acoplamiento de la luz incidente desde la guía de ondas a la región de absorción. Al mismo tiempo, se elimina la capa de contacto tipo N de InGaAsP y se forma un pequeño espacio a cada lado de la superficie tipo P, lo que mejora eficazmente la restricción del campo luminoso. Esto contribuye a una mayor capacidad de respuesta del dispositivo.