Progresso della ricercaFotodiodo InGaAs
Con la crescita esponenziale del volume di trasmissione dati delle comunicazioni, la tecnologia di interconnessione ottica ha sostituito la tradizionale tecnologia di interconnessione elettrica ed è diventata la tecnologia principale per la trasmissione ad alta velocità e basse perdite su medie e lunghe distanze. Come componente principale del terminale di ricezione ottico,fotodiodoha requisiti sempre più elevati per le sue prestazioni ad alta velocità. Tra questi, il fotodiodo accoppiato a guida d'onda è di piccole dimensioni, ha un'elevata larghezza di banda ed è facilmente integrabile su chip con altri dispositivi optoelettronici, che rappresentano il focus della ricerca sulla fotodiodo ad alta velocità. e sono i fotodiodo più rappresentativi nella banda di comunicazione del vicino infrarosso.
L'InGaAs è uno dei materiali ideali per ottenere alte velocità efotodetector ad alta rispostaIn primo luogo, l'InGaAs è un materiale semiconduttore a bandgap diretto e la sua ampiezza può essere regolata dal rapporto tra In e Ga, consentendo il rilevamento di segnali ottici di diverse lunghezze d'onda. Tra questi, l'In0,53Ga0,47As si adatta perfettamente al reticolo del substrato InP e presenta un coefficiente di assorbimento della luce molto elevato nella banda di comunicazione ottica. È il più ampiamente utilizzato nella preparazione di fotorivelatori e vanta anche le migliori prestazioni in termini di corrente di buio e reattività. In secondo luogo, sia i materiali InGaAs che InP presentano velocità di deriva elettronica relativamente elevate, con velocità di deriva elettronica satura pari a circa 1×107 cm/s. Allo stesso tempo, sotto specifici campi elettrici, i materiali InGaAs e InP mostrano effetti di overshoot della velocità elettronica, con velocità di overshoot che raggiungono rispettivamente 4×107 cm/s e 6×107 cm/s. Ciò favorisce il raggiungimento di una maggiore larghezza di banda di attraversamento. Attualmente, i fotorivelatori InGaAs sono i più diffusi per le comunicazioni ottiche. Sono stati sviluppati anche rivelatori di superficie di dimensioni più ridotte, retro-incidenti e ad alta larghezza di banda, utilizzati principalmente in applicazioni ad alta velocità e alta saturazione.
Tuttavia, a causa dei limiti dei loro metodi di accoppiamento, i rivelatori di incidenti superficiali sono difficili da integrare con altri dispositivi optoelettronici. Pertanto, con la crescente domanda di integrazione optoelettronica, i fotorivelatori InGaAs accoppiati in guida d'onda con prestazioni eccellenti e adatti all'integrazione sono gradualmente diventati il fulcro della ricerca. Tra questi, i moduli fotorivelatori InGaAs commerciali da 70 GHz e 110 GHz adottano quasi tutti strutture di accoppiamento in guida d'onda. In base alla differenza nei materiali del substrato, i fotorivelatori InGaAs accoppiati in guida d'onda possono essere classificati principalmente in due tipologie: a base di INP e a base di Si. Il materiale epitassiale su substrati di InP ha un'elevata qualità ed è più adatto alla fabbricazione di dispositivi ad alte prestazioni. Tuttavia, per i materiali del gruppo III-V cresciuti o legati su substrati di Si, a causa di varie discrepanze tra i materiali InGaAs e i substrati di Si, la qualità del materiale o dell'interfaccia è relativamente scarsa e c'è ancora un ampio margine di miglioramento nelle prestazioni dei dispositivi.
Il dispositivo utilizza InGaAsP anziché InP come materiale per la regione di svuotamento. Sebbene riduca in una certa misura la velocità di deriva degli elettroni in fase di saturazione, migliora l'accoppiamento della luce incidente dalla guida d'onda alla regione di assorbimento. Allo stesso tempo, lo strato di contatto di tipo N in InGaAsP viene rimosso e si forma un piccolo spazio su ciascun lato della superficie di tipo P, migliorando efficacemente il vincolo sul campo luminoso. Ciò contribuisce al raggiungimento di una maggiore reattività del dispositivo.
Data di pubblicazione: 28-lug-2025