Fotodetektor berkecepatan tinggi diperkenalkan melalui fotodetektor InGaAs.

Fotodetektor berkecepatan tinggi diperkenalkan olehFotodetektor InGaAs

Fotodetektor berkecepatan tinggidi bidang komunikasi optik terutama mencakup fotodetektor InGaAs III-V dan Si dan Ge IV penuh/fotodetektor SiYang pertama adalah detektor inframerah dekat tradisional, yang telah mendominasi untuk waktu yang lama, sedangkan yang kedua mengandalkan teknologi optik silikon untuk menjadi bintang yang sedang naik daun, dan merupakan titik fokus dalam bidang penelitian optoelektronik internasional dalam beberapa tahun terakhir. Selain itu, detektor baru berbasis perovskit, organik, dan material dua dimensi berkembang pesat karena keunggulan pemrosesan yang mudah, fleksibilitas yang baik, dan sifat yang dapat disesuaikan. Terdapat perbedaan signifikan antara detektor baru ini dan fotodetektor anorganik tradisional dalam hal sifat material dan proses manufaktur. Detektor perovskit memiliki karakteristik penyerapan cahaya yang sangat baik dan kapasitas transportasi muatan yang efisien, detektor material organik banyak digunakan karena biaya rendah dan elektron yang fleksibel, dan detektor material dua dimensi telah menarik banyak perhatian karena sifat fisik yang unik dan mobilitas pembawa muatan yang tinggi. Namun, dibandingkan dengan detektor InGaAs dan Si/Ge, detektor baru ini masih perlu ditingkatkan dalam hal stabilitas jangka panjang, kematangan manufaktur, dan integrasi.

InGaAs adalah salah satu material ideal untuk mewujudkan fotodetektor berkecepatan tinggi dan respons tinggi. Pertama-tama, InGaAs adalah 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 material tersebut, 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 pembuatan fotodetektor.fotodetektorSelain itu, kinerja arus gelap dan responsivitasnya juga yang terbaik. Kedua, material InGaAs dan InP keduanya memiliki kecepatan hanyut elektron yang tinggi, dan kecepatan hanyut elektron jenuhnya sekitar 1×10⁷ cm/s. Pada saat yang sama, material InGaAs dan InP memiliki efek overshoot kecepatan elektron di bawah medan listrik tertentu. Kecepatan overshoot dapat dibagi menjadi 4×10⁷ cm/s dan 6×10⁷ cm/s, yang kondusif untuk mewujudkan bandwidth terbatas waktu pembawa yang lebih besar. Saat ini, fotodetektor InGaAs adalah fotodetektor paling umum untuk komunikasi optik, dan metode kopling insiden permukaan paling banyak digunakan di pasaran, dan produk detektor insiden permukaan 25 Gbaud/s dan 56 Gbaud/s telah direalisasikan. Detektor insiden permukaan dengan 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 pandu gelombang dengan kinerja yang sangat baik dan sesuai untuk integrasi secara bertahap menjadi fokus penelitian, di mana modul fotoprobe InGaAs komersial 70 GHz dan 110 GHz hampir semuanya menggunakan struktur yang digabungkan dengan pandu gelombang. Menurut bahan substrat yang berbeda, fotoprobe InGaAs yang digabungkan dengan pandu gelombang dapat dibagi menjadi dua kategori: InP dan Si. Bahan epitaksial pada substrat InP memiliki kualitas tinggi dan lebih cocok untuk pembuatan perangkat berkinerja tinggi. Namun, berbagai ketidaksesuaian antara bahan III-V, bahan InGaAs, dan substrat Si yang ditumbuhkan atau diikat pada substrat Si menyebabkan kualitas bahan atau antarmuka yang relatif buruk, dan kinerja perangkat masih memiliki ruang yang besar untuk ditingkatkan.