Les photodétecteurs à grande vitesse sont introduits par les photodétecteurs InGaAs

Les photodétecteurs à grande vitesse sont introduits parPhotodétecteurs InGaAs

Photodétecteurs à grande vitessedans le domaine de la communication optique comprennent principalement les photodétecteurs III-V InGaAs et IV full Si et Ge/Photodétecteurs Si. Le premier est un détecteur traditionnel proche infrarouge, qui domine depuis longtemps, tandis que le second s'appuie sur la technologie optique au silicium pour devenir une étoile montante et constitue un point chaud dans le domaine de la recherche optoélectronique internationale ces dernières années. De plus, de nouveaux détecteurs basés sur des matériaux pérovskites, organiques et bidimensionnels se développent rapidement en raison des avantages d'un traitement facile, d'une bonne flexibilité et de propriétés accordables. Il existe des différences significatives entre ces nouveaux détecteurs et les photodétecteurs inorganiques traditionnels en termes de propriétés des matériaux et de processus de fabrication. Les détecteurs de pérovskite ont d'excellentes caractéristiques d'absorption de la lumière et une capacité de transport de charge efficace, les détecteurs de matériaux organiques sont largement utilisés pour leur faible coût et leurs électrons flexibles, et les détecteurs de matériaux bidimensionnels ont attiré beaucoup d'attention en raison de leurs propriétés physiques uniques et de leur grande mobilité des porteurs. Cependant, par rapport aux détecteurs InGaAs et Si/Ge, les nouveaux détecteurs doivent encore être améliorés en termes de stabilité à long terme, de maturité de fabrication et d'intégration.

L'InGaAs est l'un des matériaux idéaux pour réaliser des photodétecteurs à grande vitesse et à réponse élevée. Tout d’abord, InGaAs est un matériau semi-conducteur à bande interdite directe, et sa largeur de bande interdite peut être régulée par le rapport entre In et Ga pour réaliser la détection de signaux optiques de différentes longueurs d’onde. Parmi eux, In0.53Ga0.47As est parfaitement adapté au réseau de substrat d'InP et présente un coefficient d'absorption de la lumière élevé dans la bande de communication optique, qui est la plus largement utilisée dans la préparation dephotodétecteurs, et les performances de courant d'obscurité et de réactivité sont également les meilleures. Deuxièmement, les matériaux InGaAs et InP ont tous deux une vitesse de dérive des électrons élevée et leur vitesse de dérive des électrons saturés est d'environ 1 × 107 cm/s. Dans le même temps, les matériaux InGaAs et InP ont un effet de dépassement de la vitesse des électrons sous un champ électrique spécifique. La vitesse de dépassement peut être divisée en 4 × 107 cm/s et 6 × 107 cm/s, ce qui permet d'obtenir une bande passante plus grande et limitée dans le temps. À l'heure actuelle, le photodétecteur InGaAs est le photodétecteur le plus courant pour la communication optique, et la méthode de couplage par incidence de surface est principalement utilisée sur le marché, et les produits de détection d'incidence de surface à 25 Gbaud/s et 56 Gbaud/s ont été réalisés. Des détecteurs de plus petite taille, à incidence arrière et à incidence de surface à large bande passante ont également été développés, qui conviennent principalement aux applications à vitesse élevée et à saturation élevée. Cependant, la sonde incidente de surface est limitée par son mode de couplage et est difficile à intégrer avec d'autres dispositifs optoélectroniques. Par conséquent, avec l'amélioration des exigences d'intégration optoélectronique, les photodétecteurs InGaAs couplés à des guides d'ondes offrant d'excellentes performances et adaptés à l'intégration sont progressivement devenus le centre de la recherche, parmi lesquels les modules photosondes InGaAs commerciaux de 70 GHz et 110 GHz utilisent presque tous des structures couplées à des guides d'ondes. Selon les différents matériaux de substrat, la sonde photoélectrique InGaAs à couplage de guide d'onde peut être divisée en deux catégories : InP et Si. Le matériau épitaxial sur substrat InP est de haute qualité et convient mieux à la préparation de dispositifs hautes performances. Cependant, diverses disparités entre les matériaux III-V, les matériaux InGaAs et les substrats Si cultivés ou liés sur des substrats Si conduisent à une qualité de matériau ou d'interface relativement médiocre, et les performances du dispositif peuvent encore être améliorées.