I fotorilevatori ad alta velocità vengono introdotti dai fotorilevatori InGaAs

I fotorilevatori ad alta velocità vengono introdotti daFotorivelatori InGaAs

Fotorilevatori ad alta velocitànel campo della comunicazione ottica comprendono principalmente fotorilevatori III-V InGaAs e IV full Si e Ge/Fotorilevatori Si. Il primo è un tradizionale rilevatore nel vicino infrarosso, che è stato dominante per molto tempo, mentre il secondo si affida alla tecnologia ottica del silicio per diventare una stella nascente e negli ultimi anni è un punto caldo nel campo della ricerca optoelettronica internazionale. Inoltre, nuovi rivelatori basati su perovskite, materiali organici e bidimensionali si stanno sviluppando rapidamente grazie ai vantaggi di facile lavorazione, buona flessibilità e proprietà sintonizzabili. Esistono differenze significative tra questi nuovi rilevatori e i tradizionali fotorilevatori inorganici nelle proprietà dei materiali e nei processi di produzione. I rilevatori di perovskite hanno eccellenti caratteristiche di assorbimento della luce e un'efficiente capacità di trasporto di carica, i rilevatori di materiali organici sono ampiamente utilizzati per i loro elettroni flessibili e a basso costo, mentre i rilevatori di materiali bidimensionali hanno attirato molta attenzione grazie alle loro proprietà fisiche uniche e all'elevata mobilità dei portatori. Tuttavia, rispetto ai rilevatori InGaAs e Si/Ge, i nuovi rilevatori devono ancora essere migliorati in termini di stabilità a lungo termine, maturità produttiva e integrazione.

L'InGaAs è uno dei materiali ideali per realizzare fotorivelatori ad alta velocità ed elevata risposta. Innanzitutto, InGaAs è un materiale semiconduttore con banda proibita diretta e la sua larghezza di banda proibita può essere regolata dal rapporto tra In e Ga per ottenere il rilevamento di segnali ottici di diverse lunghezze d'onda. Tra questi, In0.53Ga0.47As si adatta perfettamente al reticolo del substrato di InP e ha un ampio coefficiente di assorbimento della luce nella banda di comunicazione ottica, che è la più utilizzata nella preparazione difotorilevatorie anche le prestazioni di corrente oscura e reattività sono le migliori. In secondo luogo, i materiali InGaAs e InP hanno entrambi un’elevata velocità di deriva degli elettroni e la loro velocità di deriva degli elettroni saturi è di circa 1×107 cm/s. Allo stesso tempo, i materiali InGaAs e InP hanno un effetto di superamento della velocità degli elettroni in un campo elettrico specifico. La velocità di superamento può essere divisa in 4×107 cm/s e 6×107 cm/s, il che favorisce la realizzazione di una larghezza di banda più ampia e limitata nel tempo della portante. Al momento, il fotorilevatore InGaAs è il fotorilevatore più diffuso per la comunicazione ottica e il metodo di accoppiamento dell'incidenza superficiale è utilizzato principalmente sul mercato e sono stati realizzati i prodotti rilevatori di incidenza superficiale da 25 Gbaud/s e 56 Gbaud/s. Sono stati sviluppati anche rilevatori di dimensioni più piccole, di incidenza posteriore e di incidenza superficiale con larghezza di banda ampia, adatti principalmente per applicazioni ad alta velocità e alta saturazione. Tuttavia, la sonda incidente in superficie è limitata dalla sua modalità di accoppiamento ed è difficile da integrare con altri dispositivi optoelettronici. Pertanto, con il miglioramento dei requisiti di integrazione optoelettronica, i fotorilevatori InGaAs accoppiati a guida d'onda con prestazioni eccellenti e adatti all'integrazione sono diventati gradualmente il centro della ricerca, tra cui i moduli fotosonda InGaAs commerciali da 70 GHz e 110 GHz utilizzano quasi tutti strutture accoppiate a guida d'onda. A seconda dei diversi materiali del substrato, la sonda fotoelettrica InGaAs con accoppiamento a guida d'onda può essere divisa in due categorie: InP e Si. Il materiale epitassiale su substrato InP è di alta qualità ed è più adatto alla preparazione di dispositivi ad alte prestazioni. Tuttavia, vari disallineamenti tra materiali III-V, materiali InGaAs e substrati di Si cresciuti o incollati su substrati di Si portano a una qualità del materiale o dell'interfaccia relativamente scarsa e le prestazioni del dispositivo hanno ancora un ampio margine di miglioramento.