Kemajuan Penelitian Fotodetektor InGaAs

Kemajuan PenelitianFotodetektor InGaAs

Dengan pertumbuhan eksponensial volume transmisi data komunikasi, teknologi interkoneksi optik telah menggantikan teknologi interkoneksi listrik tradisional dan telah menjadi teknologi utama untuk transmisi berkecepatan tinggi dengan kerugian rendah jarak menengah dan jauh. Sebagai komponen inti dari ujung penerima optik,fotodetektormemiliki persyaratan yang semakin tinggi untuk kinerja kecepatan tingginya. Di antaranya, fotodetektor yang digabungkan dengan pandu gelombang berukuran kecil, memiliki bandwidth tinggi, dan mudah diintegrasikan pada chip dengan perangkat optoelektronik lainnya, yang merupakan fokus penelitian deteksi foto kecepatan tinggi. dan merupakan fotodetektor yang paling representatif dalam pita komunikasi inframerah dekat.

InGaAs adalah salah satu material ideal untuk mencapai kecepatan tinggi danfotodetektor respons tinggiPertama, InGaAs adalah material semikonduktor celah pita langsung, dan lebar celah pitanya dapat diatur oleh rasio antara In dan Ga, sehingga memungkinkan 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 sangat tinggi dalam pita komunikasi optik. Material ini paling banyak digunakan dalam pembuatan fotodetektor dan juga memiliki kinerja arus gelap dan responsivitas yang paling luar biasa. Kedua, baik material InGaAs maupun InP memiliki kecepatan hanyut elektron yang relatif tinggi, dengan kecepatan hanyut elektron jenuhnya masing-masing sekitar 1×10⁷ cm/s. Sementara itu, di bawah medan listrik tertentu, material InGaAs dan InP menunjukkan efek overshoot kecepatan elektron, dengan kecepatan overshootnya masing-masing mencapai 4×10⁷ cm/s dan 6×10⁷ cm/s. Hal ini kondusif untuk mencapai bandwidth persilangan yang lebih tinggi. Saat ini, fotodetektor InGaAs adalah fotodetektor yang paling umum digunakan untuk komunikasi optik. Detektor berukuran lebih kecil, detektor dengan sudut datang dari belakang, dan detektor dengan bandwidth tinggi yang menerima cahaya dari permukaan juga telah dikembangkan, terutama digunakan dalam aplikasi seperti kecepatan tinggi dan saturasi tinggi.

Namun, karena keterbatasan metode penggandengannya, detektor insiden permukaan sulit diintegrasikan dengan perangkat optoelektronik lainnya. Oleh karena itu, dengan meningkatnya permintaan akan integrasi optoelektronik, fotodetektor InGaAs yang digandengan pandu gelombang dengan kinerja yang sangat baik dan cocok untuk integrasi secara bertahap menjadi fokus penelitian. Di antaranya, modul fotodetektor InGaAs komersial 70GHz dan 110GHz hampir semuanya mengadopsi struktur penggandengan pandu gelombang. Menurut perbedaan bahan substrat, fotodetektor InGaAs yang digandengan pandu gelombang terutama dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis: berbasis INP dan berbasis Si. Material epitaksial pada substrat InP memiliki kualitas tinggi dan lebih cocok untuk pembuatan perangkat berkinerja tinggi. Namun, untuk material kelompok III-V yang ditumbuhkan atau diikat pada substrat Si, karena berbagai ketidaksesuaian antara material InGaAs dan substrat Si, kualitas material atau antarmuka relatif buruk, dan masih ada ruang yang cukup besar untuk peningkatan kinerja perangkat.

Perangkat ini menggunakan InGaAsP sebagai pengganti InP sebagai material daerah deplesi. Meskipun mengurangi kecepatan hanyut saturasi elektron sampai batas tertentu, hal ini meningkatkan kopling cahaya insiden dari pandu gelombang ke daerah absorpsi. Pada saat yang sama, lapisan kontak tipe-N InGaAsP dihilangkan, dan celah kecil dibentuk di setiap sisi permukaan tipe-P, yang secara efektif meningkatkan hambatan pada medan cahaya. Hal ini kondusif untuk perangkat mencapai responsivitas yang lebih tinggi.