InGaAsは、高応答性と高速光検出器まず、InGaAsは直接遷移型半導体材料であり、そのバンドギャップ幅はInとGaの比率によって制御できるため、異なる波長の光信号を検出することができます。中でも、In0.53Ga0.47AsはInP基板の格子と完全に整合しており、光通信帯域において非常に高い光吸収係数を有しています。これは、光通信用半導体材料の製造において最も広く用いられています。光検出器また、最も優れた暗電流と応答性能も備えています。次に、InGaAs および InP 材料はどちらも電子ドリフト速度が比較的高く、飽和電子ドリフト速度はどちらも約 1×107cm/s です。一方、特定の電界下では、InGaAs および InP 材料は電子速度オーバーシュート効果を示し、オーバーシュート速度はそれぞれ 4×107cm/s と 6×107cm/s に達します。これは、より高い交差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す。市場では、表面入射結合方式が最も一般的です。25 Gaud/s および 56 Gaud/s の表面入射検出器製品はすでに量産可能です。主に高速および高飽和などのアプリケーション向けに、より小型で背面入射の高帯域幅表面入射検出器も開発されています。しかし、結合方法の制限により、表面入射型検出器は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、光電子統合の需要が高まるにつれて、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になってきました。その中でも、70GHzおよび110GHzの市販のInGaAs光検出器モジュールは、ほぼすべて導波路結合構造を採用しています。基板材料の違いにより、導波路結合型InGaAs光検出器は、主にINPベースとSiベースの2種類に分類できます。InP基板上にエピタキシャル成長した材料は高品質であり、高性能デバイスの製造に適しています。しかし、Si基板上に成長または結合されたIII-V族材料の場合、InGaAs材料と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悪く、デバイスの性能を向上させる余地がまだかなりあります。
様々な応用環境、特に極限条件下での光検出器の安定性は、実用化における重要な要素の一つです。近年、ペロブスカイト、有機材料、二次元材料といった新しいタイプの検出器が注目を集めていますが、材料自体が環境要因の影響を受けやすいため、長期安定性の面で依然として多くの課題に直面しています。一方、新材料の集積プロセスはまだ成熟しておらず、大規模生産と性能の一貫性を実現するためには、さらなる探究が必要です。
インダクタの導入は現在、デバイスの帯域幅を効果的に拡大できますが、デジタル光通信システムでは普及していません。したがって、デバイスの寄生RCパラメータをさらに低減することで悪影響を回避する方法が、高速光検出器の研究方向の1つです。第二に、導波路結合型光検出器の帯域幅が拡大し続けるにつれて、帯域幅と応答性の間の制約が再び現れ始めています。200GHzを超える3dB帯域幅を持つGe / Si光検出器とInGaAs光検出器が報告されていますが、その応答性は満足できるものではありません。良好な応答性を維持しながら帯域幅を拡大する方法は重要な研究課題であり、解決するには、新しいプロセス互換材料（高移動度および高吸収係数）または新しい高速デバイス構造の導入が必要になる場合があります。さらに、デバイスの帯域幅が拡大するにつれて、マイクロ波光リンクにおける検出器のアプリケーションシナリオは徐々に増加します。光通信における小光パワー入射・高感度検出とは異なり、このシナリオは高帯域幅をベースとしているため、高パワー入射に対して高い飽和パワーが要求されます。しかし、高帯域幅デバイスは通常、小型構造を採用するため、高速・高飽和パワーの光検出器の製造は容易ではなく、デバイスのキャリア抽出と放熱においてさらなる革新が必要になる可能性があります。最後に、高速検出器の暗電流の低減は、格子不整合のある光検出器が解決しなければならない問題です。暗電流は主に材料の結晶品質と表面状態に関連しています。そのため、高品質ヘテロエピタキシーや格子不整合システム下でのボンディングなどの重要なプロセスには、さらなる研究と投資が必要です。
投稿日時: 2025年8月20日