InGaAs光検出器による高速光検出器が登場

高速光検出器は、InGaAs光検出器

高速光検出器光通信の分野では、主に III-V InGaAs 光検出器と IV フル Si および Ge/Siフォトディテクタ。前者は長い間主流であった伝統的な近赤外検出器であり、後者はシリコン光学技術に依存して新星となり、近年国際的なオプトエレクトロニクス研究分野で注目を集めています。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、特性が調整可能であるという利点により、急速に開発されています。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おいて大きな違いがあります。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柔軟な電子のため広く使用されており、二次元材料検出器はその独特の物理的特性と高いキャリア移動度により多くの注目を集めています。ただし、InG​​aAs および 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、統合の点でまだ改善の必要があります。

InGaAsは高速・高応答の光検出器を実現するのに最適な材料の一つです。まず、InGaAs は直接バンドギャップ半導体材料であり、そのバンドギャップ幅は In と Ga の比率によって調整でき、さまざまな波長の光信号の検出を実現できます。このうち、In0.53Ga0.47AsはInPの基板格子と完全に整合しており、光通信帯域で大きな光吸収係数を有しており、光通信帯域の作製に最も広く使用されている。光検出器、暗電流や応答性能も最高です。第二に、InGaAs 材料と 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 および InP 材料は、特定の電場下で電子速度オーバーシュート効果をもたらします。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、光通信用受光素子はInGaAs受光素子が最も主流であり、市場では面入射結合方式が主流であり、25Gbaud/s、56Gbaud/sの面入射検出器製品が実現されている。より小型で、背面入射、広帯域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のアプリケーションに適しています。ただし、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のが困難です。したがって、光電子集積化要件の改善に伴い、優れた性能を備え、集積化に適した導波路結合型InGaAs光検出器が徐々に研究の焦点になってきており、その中で市販の70GHzおよび110GHz InGaAs光プローブモジュールのほぼすべてが導波路結合型構造を使用している。異なる基板材料に応じて、導波路結合 InGaAs 光電プローブは、InP と Si の 2 つのカテゴリに分類できます。 InP基板上のエピタキシャル材料は高品質であり、高性能デバイスの作製に適しています。しかし、III-V族材料、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、材料または界面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。