Fotodetektor kecepatan tinggi diperkenalkan oleh fotodetektor InGaAs

Fotodetektor kecepatan tinggi diperkenalkan olehFotodetektor InGaAs

Fotodetektor berkecepatan tinggidi bidang komunikasi optik terutama mencakup fotodetektor InGaAs III-V dan Si penuh dan Ge/ IVFotodetektor Si. Yang pertama adalah detektor inframerah dekat tradisional, yang telah dominan untuk waktu yang lama, sementara yang terakhir bergantung pada teknologi optik silikon untuk menjadi bintang yang sedang naik daun, dan merupakan titik panas di bidang penelitian optoelektronik internasional dalam beberapa tahun terakhir. Selain itu, detektor baru berdasarkan bahan perovskit, organik, dan dua dimensi berkembang pesat karena keunggulan pemrosesan yang mudah, fleksibilitas yang baik, dan sifat yang dapat disetel. Ada perbedaan yang signifikan antara detektor baru ini dan fotodetektor anorganik tradisional dalam sifat material dan proses manufaktur. Detektor perovskit memiliki karakteristik penyerapan cahaya yang sangat baik dan kapasitas pengangkutan muatan yang efisien, detektor bahan organik banyak digunakan karena elektronnya yang murah dan fleksibel, dan detektor bahan dua dimensi telah menarik banyak perhatian karena sifat fisiknya yang unik dan mobilitas pembawa yang tinggi. Namun, dibandingkan dengan detektor InGaAs dan Si/Ge, detektor baru tersebut masih perlu ditingkatkan dalam hal stabilitas jangka panjang, kematangan manufaktur, dan integrasi.

InGaAs merupakan salah satu material ideal untuk mewujudkan fotodetektor berkecepatan tinggi dan respons tinggi. Pertama-tama, InGaAs merupakan material semikonduktor celah pita langsung, dan lebar celah pitanya dapat diatur oleh rasio antara In dan Ga untuk mencapai deteksi sinyal optik dengan panjang gelombang yang berbeda. Di antara keduanya, In0.53Ga0.47As sangat cocok dengan kisi substrat InP, dan memiliki koefisien penyerapan cahaya yang besar dalam pita komunikasi optik, yang paling banyak digunakan dalam persiapanfotodetektor, dan kinerja arus gelap dan responsivitas juga yang terbaik. Kedua, bahan InGaAs dan InP keduanya memiliki kecepatan drift elektron yang tinggi, dan kecepatan drift elektron jenuhnya sekitar 1×107 cm/s. Pada saat yang sama, bahan InGaAs dan InP memiliki efek overshoot kecepatan elektron di bawah medan listrik tertentu. Kecepatan overshoot dapat dibagi menjadi 4×107cm/s dan 6×107cm/s, yang kondusif untuk mewujudkan bandwidth terbatas waktu pembawa yang lebih besar. Saat ini, fotodetektor InGaAs adalah fotodetektor paling utama untuk komunikasi optik, dan metode kopling insiden permukaan sebagian besar digunakan di pasaran, dan produk detektor insiden permukaan 25 Gbaud/s dan 56 Gbaud/s telah direalisasikan. Detektor insiden permukaan ukuran lebih kecil, insiden balik, dan bandwidth besar juga telah dikembangkan, yang terutama cocok untuk aplikasi kecepatan tinggi dan saturasi tinggi. Namun, probe insiden permukaan dibatasi oleh mode koplingnya dan sulit untuk diintegrasikan dengan perangkat optoelektronik lainnya. Oleh karena itu, dengan peningkatan persyaratan integrasi optoelektronik, fotodetektor InGaAs yang digabungkan dengan pemandu gelombang dengan kinerja yang sangat baik dan cocok untuk integrasi secara bertahap telah menjadi fokus penelitian, di antaranya modul fotoprobe InGaAs 70 GHz dan 110 GHz komersial hampir semuanya menggunakan struktur yang digabungkan dengan pemandu gelombang. Menurut bahan substrat yang berbeda, probe fotolistrik InGaAs yang menggabungkan pemandu gelombang dapat dibagi menjadi dua kategori: InP dan Si. Bahan epitaksial pada substrat InP memiliki kualitas tinggi dan lebih cocok untuk persiapan perangkat berkinerja tinggi. Namun, berbagai ketidakcocokan antara bahan III-V, bahan InGaAs dan substrat Si yang tumbuh atau terikat pada substrat Si menyebabkan kualitas bahan atau antarmuka yang relatif buruk, dan kinerja perangkat masih memiliki ruang yang besar untuk perbaikan.