Ipakilala ang photodetector ng InGaAs

IpakilalaPhotodetector ng InGaAs

Ang InGaAs ay isa sa mga mainam na materyales para sa pagkamit ng mataas na tugon atmataas na bilis na photodetectorUna, ang InGaAs ay isang direktang bandgap semiconductor material, at ang lapad ng bandgap nito ay maaaring i-regulate ng ratio sa pagitan ng In at Ga, na nagbibigay-daan sa pagtuklas ng mga optical signal ng iba't ibang wavelength. Kabilang sa mga ito, ang In0.53Ga0.47As ay perpektong tumutugma sa InP substrate lattice at may napakataas na light absorption coefficient sa optical communication band. Ito ang pinakamalawak na ginagamit sa paghahanda ngphotodetectorat mayroon ding pinakanamumukod-tanging dark current at responsivity performance. Pangalawa, ang parehong mga materyales na InGaAs at InP ay may medyo mataas na electron drift velocities, kung saan ang kanilang saturated electron drift velocities ay parehong humigit-kumulang 1×107cm/s. Samantala, sa ilalim ng mga partikular na electric field, ang mga materyales na InGaAs at InP ay nagpapakita ng mga electron velocity overshoot effect, kung saan ang kanilang overshoot velocities ay umaabot sa 4×107cm/s at 6×107cm/s ayon sa pagkakabanggit. Ito ay nakakatulong sa pagkamit ng mas mataas na crossing bandwidth. Sa kasalukuyan, ang mga photodetector ng InGaAs ang pinaka-mainstream na photodetector para sa optical communication. Sa merkado, ang surface-incident coupling method ang pinakakaraniwan. Ang mga produktong surface-incident detector na may 25 Gaud/s at 56 Gaud/s ay maaari nang gawing maramihan. Ang mas maliliit, back-incident, at high-bandwidth surface-incident detector ay na-develop na rin, pangunahin para sa mga aplikasyon tulad ng high speed at high saturation. Gayunpaman, dahil sa mga limitasyon ng kanilang mga pamamaraan ng pagkabit, ang mga surface incident detector ay mahirap i-integrate sa iba pang mga optoelectronic device. Samakatuwid, dahil sa pagtaas ng demand para sa optoelectronic integration, ang mga waveguide coupled InGaAs photodetector na may mahusay na performance at angkop para sa integration ay unti-unting naging pokus ng pananaliksik. Kabilang sa mga ito, ang mga komersyal na InGaAs photodetector module na 70GHz at 110GHz ay ​​halos lahat ay gumagamit ng mga istrukturang waveguide coupling. Ayon sa pagkakaiba sa mga materyales ng substrate, ang mga waveguide coupled InGaAs photodetector ay pangunahing maaaring uriin sa dalawang uri: INP-based at Si-based. Ang materyal na epitaxial sa mga InP substrate ay may mataas na kalidad at mas angkop para sa paggawa ng mga high-performance device. Gayunpaman, para sa mga materyales na III-V group na itinanim o nakadikit sa mga Si substrate, dahil sa iba't ibang hindi pagkakatugma sa pagitan ng mga materyales na InGaAs at Si substrate, ang kalidad ng materyal o interface ay medyo mababa, at mayroon pa ring malaking puwang para sa pagpapabuti sa pagganap ng mga device.

Ang katatagan ng photodetector sa iba't ibang kapaligiran ng aplikasyon, lalo na sa ilalim ng matinding mga kondisyon, ay isa rin sa mga pangunahing salik sa praktikal na aplikasyon. Sa mga nakaraang taon, ang mga bagong uri ng detector tulad ng perovskite, organikong materyales at two-dimensional na materyales, na nakakaakit ng maraming atensyon, ay nahaharap pa rin sa maraming hamon sa mga tuntunin ng pangmatagalang katatagan dahil sa katotohanan na ang mga materyales mismo ay madaling maapektuhan ng mga salik sa kapaligiran. Samantala, ang proseso ng pagsasama ng mga bagong materyales ay hindi pa rin ganap, at kailangan pa rin ng karagdagang paggalugad para sa malawakang produksyon at pare-parehong pagganap.

Bagama't ang pagpapakilala ng mga inductor ay maaaring epektibong magpataas ng bandwidth ng mga device sa kasalukuyan, hindi ito popular sa mga digital optical communication system. Samakatuwid, kung paano maiwasan ang mga negatibong epekto upang higit pang mabawasan ang mga parasitic RC parameter ng device ay isa sa mga direksyon ng pananaliksik ng high-speed photodetector. Pangalawa, habang patuloy na tumataas ang bandwidth ng mga waveguide coupled photodetector, ang limitasyon sa pagitan ng bandwidth at responsivity ay nagsisimulang lumitaw muli. Bagama't naiulat na ang mga Ge/Si photodetector at InGaAs photodetector na may 3dB bandwidth na higit sa 200GHz, ang kanilang mga responsivity ay hindi kasiya-siya. Ang kung paano mapataas ang bandwidth habang pinapanatili ang mahusay na responsivity ay isang mahalagang paksa ng pananaliksik, na maaaring mangailangan ng pagpapakilala ng mga bagong materyales na tugma sa proseso (mataas na mobility at mataas na absorption coefficient) o mga nobelang high-speed device structures upang malutas. Bilang karagdagan, habang tumataas ang bandwidth ng device, ang mga senaryo ng aplikasyon ng mga detector sa microwave photonic links ay unti-unting tataas. Hindi tulad ng maliit na optical power incidence at high-sensitivity detection sa optical communication, ang senaryo na ito, batay sa mataas na bandwidth, ay may mataas na saturation power demand para sa high-power incidence. Gayunpaman, ang mga high-bandwidth device ay karaniwang gumagamit ng maliliit na istruktura, kaya hindi madaling gumawa ng mga high-speed at high-saturation-power photodetector, at maaaring kailanganin ang karagdagang mga inobasyon sa pagkuha ng carrier at pagpapakalat ng init ng mga device. Panghuli, ang pagbabawas ng dark current ng mga high-speed detector ay nananatiling isang problema na kailangang lutasin ng mga photodetector na may lattice mismatch. Ang dark current ay pangunahing nauugnay sa kalidad ng kristal at estado ng ibabaw ng materyal. Samakatuwid, ang mga pangunahing proseso tulad ng high-quality heteroepitaxy o bonding under lattice mismatch system ay nangangailangan ng mas maraming pananaliksik at pamumuhunan.