Progrès de la recherchephotodétecteur InGaAs
Avec la croissance exponentielle du volume de données transmises, la technologie d'interconnexion optique a remplacé la technologie d'interconnexion électrique traditionnelle et est devenue la technologie dominante pour la transmission à haut débit et à faibles pertes sur moyenne et longue distance. En tant que composant essentiel du récepteur optique,photodétecteurLes exigences en matière de performances à haute vitesse sont de plus en plus élevées. Parmi les dispositifs optoélectroniques, le photodétecteur à guide d'ondes, de petite taille et à large bande passante, est facile à intégrer sur puce avec d'autres composants optoélectroniques ; il constitue un axe de recherche majeur en photodétection à haute vitesse. Les photodétecteurs à guide d'ondes et les photodétecteurs à guide d'ondes sont les plus représentatifs dans la bande de communication proche infrarouge.
L'InGaAs est l'un des matériaux idéaux pour atteindre des vitesses élevées etphotodétecteurs à haute sensibilitéPremièrement, l'InGaAs est un semi-conducteur à bande interdite directe, dont la largeur peut être ajustée par le rapport entre l'indium et le gallium, permettant ainsi la détection de signaux optiques de différentes longueurs d'onde. Parmi les composés étudiés, l'In0,53Ga0,47As est parfaitement adapté au réseau cristallin du substrat InP et présente un coefficient d'absorption lumineuse très élevé dans la bande de communication optique. C'est le plus utilisé pour la fabrication de photodétecteurs et il offre également les meilleures performances en termes de courant d'obscurité et de sensibilité. Deuxièmement, l'InGaAs et l'InP présentent tous deux des vitesses de dérive électronique relativement élevées, leur vitesse de dérive électronique à saturation étant d'environ 1 × 107 cm/s. De plus, sous certains champs électriques, l'InGaAs et l'InP présentent un phénomène de dépassement de la vitesse des électrons, atteignant respectivement 4 × 107 cm/s et 6 × 107 cm/s. Ceci est propice à l'obtention d'une bande passante de croisement plus large. À l'heure actuelle, les photodétecteurs InGaAs sont les plus répandus pour les communications optiques. Des détecteurs plus petits, à incidence arrière et à incidence de surface à large bande passante ont également été développés, principalement utilisés dans des applications telles que la haute vitesse et la forte saturation.
Cependant, en raison des limitations de leurs méthodes de couplage, les détecteurs à incidence de surface sont difficiles à intégrer à d'autres dispositifs optoélectroniques. Par conséquent, face à la demande croissante 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. Parmi eux, la quasi-totalité des modules de photodétecteurs InGaAs commerciaux de 70 GHz et 110 GHz utilisent des structures de couplage par guide d'ondes. Selon le matériau du substrat, on distingue principalement deux types de photodétecteurs InGaAs à couplage par guide d'ondes : ceux à base d'InP et ceux à base de silicium. Le matériau épitaxié sur substrat InP est de haute qualité et convient mieux à la fabrication de dispositifs hautes performances. En revanche, pour les matériaux III-V déposés ou collés sur substrat Si, les différences d'adaptation d'impédance entre l'InGaAs et le substrat entraînent une qualité de matériau ou d'interface relativement médiocre, laissant une marge d'amélioration considérable pour les performances des dispositifs.
Ce dispositif utilise l'InGaAsP au lieu de l'InP comme matériau de la zone de déplétion. Bien que cela réduise quelque peu la vitesse de dérive à saturation des électrons, cela améliore le couplage de la lumière incidente du guide d'ondes à la zone d'absorption. Parallèlement, la couche de contact de type N en InGaAsP est supprimée, et un petit espace est formé de chaque côté de la surface de type P, ce qui renforce efficacement le confinement du champ lumineux. Ceci permet au dispositif d'atteindre une sensibilité plus élevée.
Date de publication : 28 juillet 2025