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 de interconexión eléctrica tradicional y se ha convertido en la tecnología principal para la transmisión de alta velocidad, baja pérdida y media y larga distancia. Como componente central del extremo receptor óptico,fotodetectortiene requisitos cada vez más altos para su rendimiento de alta velocidad. Entre ellos, el fotodetector acoplado a guía de ondas es pequeño en tamaño, alto ancho de banda y fácil de integrar en un chip con otros dispositivos optoelectrónicos, que es el foco de investigación de la fotodetección de alta velocidad. y son 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 material semiconductor de banda prohibida directa, y su ancho de banda prohibida puede regularse mediante la proporción entre In y Ga, lo que permite la detección de señales ópticas de diferentes longitudes de onda. Entre ellos, el In0.53Ga0.47As se acopla perfectamente con la red del sustrato de InP y tiene un coeficiente de absorción de luz muy alto en la banda de comunicación óptica. Es el más utilizado en la fabricación de fotodetectores y también presenta el rendimiento más destacado en cuanto a corriente oscura y responsividad. En segundo lugar, tanto el InGaAs como el InP tienen velocidades de deriva de electrones relativamente altas, con velocidades de deriva de electrones de saturación aproximadas de 1 × 10⁷ cm/s. Además, bajo campos eléctricos específicos, los materiales InGaAs e InP exhiben efectos de sobreimpulso de velocidad de electrones, alcanzando velocidades de sobreimpulso de 4 × 10⁷ cm/s y 6 × 10⁷ cm/s respectivamente. Esto favorece la consecución de un mayor ancho de banda de cruce. Actualmente, los fotodetectores de InGaAs son los más utilizados en comunicación óptica. También se han desarrollado detectores de menor tamaño, de incidencia posterior y de gran ancho de banda, que se utilizan principalmente en aplicaciones de 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, con la creciente demanda de integración optoelectrónica, los fotodetectores de InGaAs acoplados mediante guía de onda, con un rendimiento excelente y adecuados para la integración, se han convertido gradualmente en el foco de la investigación. Entre ellos, los módulos fotodetectores comerciales de InGaAs de 70 GHz y 110 GHz adoptan casi todos estructuras de acoplamiento mediante guía de onda. Según la diferencia en los materiales del sustrato, los fotodetectores de InGaAs acoplados mediante guía 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 varias discrepancias entre los materiales de InGaAs y los sustratos de Si, la calidad del material o de la interfaz es relativamente baja, y todavía 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 la velocidad de deriva de saturación de los electrones en cierta medida, 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 de tipo N de InGaAsP y se forma un pequeño espacio a cada lado de la superficie de tipo P, lo que aumenta eficazmente la restricción del campo de luz. Esto contribuye a que el dispositivo alcance una mayor responsividad.
Fecha de publicación: 28 de julio de 2025