I fotorivelatori ad alta velocità sono introdotti daFotorivelatori InGaAs
Fotorivelatori ad alta velocitànel campo della comunicazione ottica includono principalmente fotorivelatori InGaAs III-V e Si e Ge IV completiFotorivelatori al silicioIl primo è un tradizionale rivelatore a infrarossi vicini, che ha dominato a lungo il mercato, mentre il secondo si basa sulla tecnologia ottica al silicio, diventando una stella nascente e un punto focale nel campo della ricerca optoelettronica internazionale negli ultimi anni. Inoltre, nuovi rivelatori basati su perovskite, materiali organici e bidimensionali si stanno sviluppando rapidamente grazie ai vantaggi di una facile lavorazione, una buona flessibilità e proprietà sintonizzabili. Esistono differenze significative tra questi nuovi rivelatori e i tradizionali fotorivelatori inorganici in termini di proprietà dei materiali e processi di produzione. I rivelatori a perovskite presentano eccellenti caratteristiche di assorbimento della luce e un'efficiente capacità di trasporto di carica, i rivelatori a materiali organici sono ampiamente utilizzati per il loro basso costo e la flessibilità degli elettroni, e i rivelatori a materiali bidimensionali hanno attirato molta attenzione grazie alle loro proprietà fisiche uniche e all'elevata mobilità dei portatori di carica. Tuttavia, rispetto ai rivelatori InGaAs e Si/Ge, i nuovi rivelatori necessitano ancora di miglioramenti in termini di stabilità a lungo termine, maturità produttiva e integrazione.
InGaAs è uno dei materiali ideali per la realizzazione di fotorivelatori ad alta velocità e alta risposta. Innanzitutto, InGaAs è un materiale semiconduttore a bandgap diretto e la sua larghezza di bandgap 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 è perfettamente compatibile con il reticolo del substrato di InP e ha un elevato coefficiente di assorbimento della luce nella banda di comunicazione ottica, che è il più ampiamente utilizzato nella preparazione difotorilevatorie anche le prestazioni di corrente di buio 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 di saturazione è di circa 1×10⁷ cm/s. Allo stesso tempo, i materiali InGaAs e InP presentano un effetto di overshoot della velocità degli elettroni sotto uno specifico campo elettrico. La velocità di overshoot può essere suddivisa in 4×10⁷ cm/s e 6×10⁷ cm/s, il che è favorevole alla realizzazione di una maggiore larghezza di banda limitata dal tempo dei portatori. Attualmente, il fotorivelatore InGaAs è il fotorivelatore più diffuso per le comunicazioni ottiche e il metodo di accoppiamento a incidenza superficiale è il più utilizzato sul mercato, e sono stati realizzati prodotti rivelatori a incidenza superficiale da 25 Gbaud/s e 56 Gbaud/s. Sono stati sviluppati anche rivelatori a incidenza superficiale di dimensioni più piccole, a incidenza posteriore e con ampia larghezza di banda, che sono principalmente adatti per applicazioni ad alta velocità e alta saturazione. Tuttavia, la sonda a incidenza superficiale 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 fotorivelatori InGaAs accoppiati a guida d'onda, con prestazioni eccellenti e adatti all'integrazione, sono gradualmente diventati il fulcro della ricerca, tra cui i moduli fotoprobe InGaAs commerciali a 70 GHz e 110 GHz utilizzano quasi tutti strutture accoppiate a guida d'onda. In base ai diversi materiali del substrato, la sonda fotoelettrica InGaAs con accoppiamento a guida d'onda può essere suddivisa in due categorie: InP e Si. Il materiale epitassiale su substrato di InP ha un'elevata qualità ed è più adatto alla preparazione di dispositivi ad alte prestazioni. Tuttavia, diverse incompatibilità 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.
Data di pubblicazione: 31 dicembre 2024