InGaAs ფოტოდეტექტორის კვლევის პროგრესი

კვლევის პროგრესიInGaAs ფოტოდეტექტორი

საკომუნიკაციო მონაცემთა გადაცემის მოცულობის ექსპონენციალურ ზრდასთან ერთად, ოპტიკურმა ურთიერთდაკავშირების ტექნოლოგიამ ჩაანაცვლა ტრადიციული ელექტრო ურთიერთდაკავშირების ტექნოლოგია და გახდა საშუალო და დიდ მანძილზე დაბალი დანაკარგებით მაღალსიჩქარიანი გადაცემის ძირითადი ტექნოლოგია. როგორც ოპტიკური მიმღები ბოლოების ძირითადი კომპონენტი,ფოტოდეტექტორიმაღალსიჩქარიანი მუშაობისთვის სულ უფრო მეტი მოთხოვნაა. მათ შორის, ტალღის გამტართან შეერთებული ფოტოდეტექტორი პატარა ზომისაა, მაღალი გამტარუნარიანობით და ადვილად ინტეგრირდება ჩიპზე სხვა ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებთან, რაც მაღალსიჩქარიანი ფოტოდეტექციის კვლევის ფოკუსს წარმოადგენს. ისინი ყველაზე წარმომადგენლობითი ფოტოდეტექტორებია ახლო ინფრაწითელი საკომუნიკაციო დიაპაზონში.

InGaAs ერთ-ერთი იდეალური მასალაა მაღალი სიჩქარის მისაღწევად დამაღალი რეაქციის ფოტოდეტექტორებიპირველ რიგში, InGaAs არის პირდაპირი ზოლური უფსკრულის მქონე ნახევარგამტარული მასალა და მისი ზოლური უფსკრულის სიგანის რეგულირება შესაძლებელია In-სა და Ga-ს შორის თანაფარდობით, რაც საშუალებას იძლევა სხვადასხვა ტალღის სიგრძის ოპტიკური სიგნალების აღმოჩენის. მათ შორის, In0.53Ga0.47As იდეალურად ერწყმის InP სუბსტრატის ბადეს და აქვს ძალიან მაღალი სინათლის შთანთქმის კოეფიციენტი ოპტიკური კომუნიკაციის დიაპაზონში. ის ყველაზე ფართოდ გამოიყენება ფოტოდეტექტორების მომზადებაში და ასევე გამოირჩევა ყველაზე გამორჩეული ბნელი დენის და მგრძნობელობის მახასიათებლებით. მეორეც, როგორც InGaAs, ასევე InP მასალებს აქვთ შედარებით მაღალი ელექტრონების დრეიფის სიჩქარეები, მათი გაჯერებული ელექტრონების დრეიფის სიჩქარეები დაახლოებით 1×107 სმ/წმ-ია. ამასობაში, სპეციფიკური ელექტრული ველების პირობებში, InGaAs და InP მასალები ავლენენ ელექტრონების სიჩქარის გადაჭარბების ეფექტებს, მათი გადაჭარბების სიჩქარეები შესაბამისად 4×107 სმ/წმ და 6×107 სმ/წმ-ს აღწევს. ეს ხელს უწყობს უფრო მაღალი გადაკვეთის გამტარობის მიღწევას. ამჟამად, InGaAs ფოტოდეტექტორები ოპტიკური კომუნიკაციის ყველაზე გავრცელებული ფოტოდეტექტორებია. ასევე შემუშავებულია უფრო მცირე ზომის, უკუშედეგის და მაღალი გამტარუნარიანობის ზედაპირული ინციდენტის დეტექტორები, რომლებიც ძირითადად გამოიყენება ისეთ აპლიკაციებში, როგორიცაა მაღალი სიჩქარე და მაღალი გაჯერება.

თუმცა, მათი შეერთების მეთოდების შეზღუდვების გამო, ზედაპირული ინციდენტის დეტექტორების სხვა ოპტოელექტრონულ მოწყობილობებთან ინტეგრირება რთულია. ამიტომ, ოპტოელექტრონული ინტეგრაციის მზარდი მოთხოვნის გამო, ტალღგამტარი შეერთებული InGaAs ფოტოდეტექტორები, რომლებსაც აქვთ შესანიშნავი შესრულება და შესაფერისია ინტეგრაციისთვის, თანდათანობით კვლევის ფოკუსში მოექცნენ. მათ შორის, 70 გჰც და 110 გჰც სიხშირის კომერციული InGaAs ფოტოდეტექტორის მოდულები თითქმის ყველა იყენებს ტალღგამტარი შეერთების სტრუქტურებს. სუბსტრატის მასალების განსხვავების მიხედვით, ტალღგამტარი შეერთებული InGaAs ფოტოდეტექტორები ძირითადად შეიძლება კლასიფიცირდეს ორ ტიპად: INP-ზე დაფუძნებული და Si-ზე დაფუძნებული. InP სუბსტრატებზე ეპიტაქსიური მასალა მაღალი ხარისხისაა და უფრო შესაფერისია მაღალი ხარისხის მოწყობილობების დასამზადებლად. თუმცა, Si სუბსტრატებზე გაზრდილი ან შეერთებული III-V ჯგუფის მასალებისთვის, InGaAs მასალებსა და Si სუბსტრატებს შორის სხვადასხვა შეუსაბამობის გამო, მასალის ან ინტერფეისის ხარისხი შედარებით ცუდია და მოწყობილობების მუშაობის გაუმჯობესების მნიშვნელოვანი ადგილი ჯერ კიდევ არსებობს.

მოწყობილობა InP-ს ნაცვლად InGaAsP-ს იყენებს გამოფიტვის რეგიონის მასალად. მიუხედავად იმისა, რომ ის გარკვეულწილად ამცირებს ელექტრონების გაჯერების დრეიფის სიჩქარეს, ის აუმჯობესებს ტალღგამტარიდან შთანთქმის რეგიონთან დაცემით სინათლის შეერთებას. ამავდროულად, InGaAsP N-ტიპის კონტაქტური ფენა ამოღებულია და P-ტიპის ზედაპირის თითოეულ მხარეს პატარა ნაპრალი წარმოიქმნება, რაც ეფექტურად აძლიერებს სინათლის ველის შეზღუდვას. ეს ხელს უწყობს მოწყობილობის მიერ უფრო მაღალი მგრძნობელობის მიღწევას.