Progressi della ricercaFotorivelatore InGaAs
Con la crescita esponenziale del volume di trasmissione dei dati di comunicazione, 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 a bassa perdita su medie e lunghe distanze. Come componente centrale dell'estremità ricevente ottica, ilfotorivelatoreha requisiti sempre più elevati per le sue prestazioni ad alta velocità. Tra questi, il fotorivelatore accoppiato a guida d'onda è di piccole dimensioni, ha un'elevata larghezza di banda ed è facile da integrare su chip con altri dispositivi optoelettronici, il che lo rende un punto focale della ricerca nel campo del fotorilevamento ad alta velocità. e sono i fotorivelatori più rappresentativi nella banda di comunicazione del vicino infrarosso.
InGaAs è uno dei materiali ideali per ottenere alta velocità efotorivelatori ad alta rispostaInnanzitutto, l'InGaAs è un materiale semiconduttore a bandgap diretto, la cui larghezza 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 utilizzato nella preparazione di fotorivelatori e possiede anche le migliori prestazioni in termini di corrente di buio e responsività. In secondo luogo, sia l'InGaAs che l'InP hanno velocità di deriva elettronica relativamente elevate, con velocità di deriva elettronica di saturazione pari a circa 1×10⁷ cm/s. Inoltre, in presenza di specifici campi elettrici, l'InGaAs e l'InP mostrano effetti di overshoot della velocità elettronica, raggiungendo rispettivamente 4×10⁷ cm/s e 6×10⁷ cm/s. Ciò contribuisce a ottenere una maggiore larghezza di banda di attraversamento. Attualmente, i fotorivelatori InGaAs sono i più diffusi nelle comunicazioni ottiche. Sono stati sviluppati anche fotorivelatori di dimensioni più ridotte, a incidenza posteriore e a incidenza superficiale ad alta larghezza di banda, utilizzati principalmente in applicazioni che richiedono alta velocità e alta saturazione.
Tuttavia, a causa delle limitazioni dei loro metodi di accoppiamento, i fotorivelatori a incidenza superficiale sono difficili da integrare con altri dispositivi optoelettronici. Pertanto, con la crescente domanda di integrazione optoelettronica, i fotorivelatori InGaAs accoppiati a guida d'onda, che offrono prestazioni eccellenti e sono 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 a guida d'onda. In base alla differenza nei materiali del substrato, i fotorivelatori InGaAs accoppiati a guida d'onda possono essere classificati principalmente in due tipi: basati su INP e basati su 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 vari disallineamenti tra i materiali InGaAs e i substrati di Si, la qualità del materiale o dell'interfaccia è relativamente scarsa e vi è ancora un notevole margine di miglioramento nelle prestazioni dei dispositivi.
Il dispositivo utilizza InGaAsP al posto di InP come materiale della regione di svuotamento. Sebbene ciò riduca in una certa misura la velocità di deriva di saturazione degli elettroni, 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. Questo contribuisce a far sì che il dispositivo raggiunga una maggiore responsività.
Data di pubblicazione: 28 luglio 2025