Les photodétecteurs à haute vitesse sont introduits par les photodétecteurs InGaAs

Des photodétecteurs à haute vitesse sont introduits parphotodétecteurs InGaAs

photodétecteurs à haute vitesseDans le domaine des communications optiques, on utilise principalement des photodétecteurs III-V InGaAs et des photodétecteurs IV Si et Ge/photodétecteurs au siliciumLe premier type de détecteur est un détecteur infrarouge proche traditionnel, qui a longtemps dominé le marché, tandis que le second, s'appuyant sur la technologie optique du silicium, connaît un essor important et constitue un sujet de recherche majeur en optoélectronique internationale ces dernières années. Par ailleurs, de nouveaux détecteurs à base de pérovskite, de matériaux organiques et de matériaux bidimensionnels se développent rapidement grâce à leur facilité de mise en œuvre, leur grande flexibilité et leurs propriétés ajustables. Ces nouveaux détecteurs présentent des différences significatives avec les photodétecteurs inorganiques traditionnels, tant au niveau des propriétés des matériaux que des procédés de fabrication. Les détecteurs à pérovskite offrent d'excellentes caractéristiques d'absorption de la lumière et une capacité de transport de charges efficace ; les détecteurs à base de matériaux organiques sont largement utilisés pour leur faible coût et la flexibilité de leurs électrons ; et les détecteurs à base de matériaux bidimensionnels ont suscité un vif intérêt en raison de leurs propriétés physiques uniques et de leur mobilité élevée des porteurs de charge. Cependant, comparés aux détecteurs InGaAs et Si/Ge, ces nouveaux détecteurs doivent encore être améliorés en termes de stabilité à long terme, de maturité de fabrication et d'intégration.

L'InGaAs est un matériau idéal pour la réalisation de photodétecteurs à haute vitesse et à réponse rapide. Tout d'abord, l'InGaAs est un semi-conducteur à bande interdite directe, dont la largeur peut être ajustée par le rapport In/Ga pour permettre la détection de signaux optiques de différentes longueurs d'onde. Parmi les composés In_0,53Ga_0,47As, il présente une excellente compatibilité avec le réseau cristallin du substrat InP et un coefficient d'absorption élevé dans la bande de communication optique, ce qui en fait le plus utilisé pour la fabrication de photodétecteurs.photodétecteursDe plus, le courant d'obscurité et la réactivité sont optimaux. Par ailleurs, les matériaux InGaAs et InP présentent tous deux une vitesse de dérive électronique élevée, leur vitesse de dérive électronique à saturation étant d'environ 1 × 10⁷ cm/s. De plus, ces matériaux présentent un phénomène de dépassement de la vitesse des électrons sous un champ électrique spécifique. Ce dépassement peut atteindre 4 × 10⁷ cm/s et 6 × 10⁷ cm/s, ce qui permet d'obtenir une bande passante temporelle plus large. Actuellement, le photodétecteur InGaAs est le plus répandu pour les communications optiques, et la méthode de couplage par incidence de surface est la plus utilisée sur le marché. Des détecteurs à incidence de surface de 25 Gbaud/s et 56 Gbaud/s ont été commercialisés. Des détecteurs à incidence de surface plus compacts, à incidence arrière et à large bande passante ont également été développés, principalement destinés aux applications à haute vitesse et à forte saturation. Cependant, la sonde à incidence de surface est limitée par son mode de couplage et son intégration avec d'autres dispositifs optoélectroniques s'avère complexe. Par conséquent, face à l'amélioration des exigences d'intégration optoélectronique, les photodétecteurs InGaAs à couplage par guide d'ondes, performants et adaptés à l'intégration, sont devenus un axe de recherche majeur. Les modules de photoprobes InGaAs commerciaux à 70 GHz et 110 GHz utilisent presque tous des structures à couplage par guide d'ondes. Selon le matériau du substrat, les sondes photoélectriques InGaAs à couplage par guide d'ondes se divisent en deux catégories : InP et Si. Le matériau épitaxié sur substrat InP offre une haute qualité et se prête mieux à la fabrication de dispositifs hautes performances. Toutefois, les diverses incompatibilités entre les matériaux III-V, les matériaux InGaAs et les substrats Si (épitaxiés ou collés sur ces derniers) entraînent une qualité de matériau ou d'interface relativement médiocre, et les performances du dispositif présentent encore un potentiel d'amélioration important.