InGaAs光検出器によって高速光検出器が導入される

高速光検出器は、InGaAs光検出器

高速光検出器光通信分野では、主にIII-V族InGaAs光検出器とIV族フルSiおよびGe /Si光検出器前者は長年主流であった伝統的な近赤外線検出器であるのに対し、後者はシリコン光学技術を基盤として新星となり、近年国際的なオプトエレクトロニクス研究のホットスポットとなっている。さらに、ペロブスカイト、有機、二次元材料をベースにした新しい検出器は、加工が容易で、柔軟性が高く、特性を調整できるなどの利点があるため、急速に発展している。これらの新しい検出器と従来の無機光検出器の間には、材料特性と製造プロセスに大きな違いがある。ペロブスカイト検出器は優れた光吸収特性と効率的な電荷輸送能力を備え、有機材料検出器は低コストで電子を柔軟に制御できるため広く使用されており、二次元材料検出器は独特の物理的特性と高いキャリア移動度に大きな注目を集めている。しかし、InG​​aAsやSi / Ge検出器と比較すると、新しい検出器は長期安定性、製造の成熟度、統合性の面で依然として改善の余地がある。

InGaAsは、高速・高応答の光検出器を実現するための理想的な材料の一つです。まず、InGaAsは直接遷移型半導体材料であり、InとGaの比率によってバンドギャップ幅を調整することで、異なる波長の光信号を検出できます。中でも、In0.53Ga0.47AsはInPの基板格子と完全に整合し、光通信帯域で大きな光吸収係数を有するため、光検出器の製造に最も広く使用されています。光検出器、暗電流と応答性能も最も優れています。次に、InGaAsとInP材料はどちらも電子ドリフト速度が高く、飽和電子ドリフト速度は約1×107 cm / sです。同時に、InGaAsとInP材料は特定の電界下で電子速度オーバーシュート効果があります。オーバーシュート速度は4×107cm / sと6×107cm / sに分けることができ、より大きなキャリア時間制限帯域幅の実現に役立ちます。現在、InGaAs光検出器は光通信用の最も主流の光検出器であり、市場では表面入射結合方式が最も多く使用されており、25Gbaud / sと56Gbaud / sの表面入射検出器製品が実現されています。より小型で背面入射、広帯域幅の表面入射検出器も開発されており、主に高速および高飽和アプリケーションに適しています。しかし、表面入射プローブは結合モードによって制限され、他の光電子デバイスと統合することが困難です。そのため、光電子統合要件の改善に伴い、性能に優れ統合に適した導波路結合型InGaAs光検出器が徐々に研究の焦点となり、その中でも市販の70GHzおよび110GHz InGaAs光プローブモジュールはほぼすべて導波路結合構造を使用しています。 基板材料の違いにより、導波路結合型InGaAs光電プローブはInPとSiの2つのカテゴリーに分けられます。 InP基板上のエピタキシャル材料は高品質で、高性能デバイスの製造に適しています。 ただし、III-V材料、InGaAs材料、およびSi基板上に成長または接合されたSi基板間のさまざまな不整合により、材料またはインターフェースの品質が比較的低下し、デバイスの性能にはまだ大きな改善の余地があります。