소개하다InGaAs 광검출기
InGaAs는 높은 응답성과 특성을 구현하는 데 이상적인 재료 중 하나입니다.고속 광검출기첫째, InGaAs는 직접 밴드갭 반도체 소재이며, In과 Ga의 비율에 따라 밴드갭 폭을 조절할 수 있어 다양한 파장의 광 신호를 검출할 수 있습니다. 그중에서도 In0.53Ga0.47As는 InP 기판 격자와 완벽하게 정합되고 광통신 대역에서 매우 높은 광 흡수 계수를 가지므로, InGaAs 소자 제작에 가장 널리 사용됩니다.광검출기또한, InGaAs는 가장 뛰어난 암전류 및 응답성 성능을 가지고 있습니다. 둘째로, InGaAs와 InP 소재 모두 비교적 높은 전자 드리프트 속도를 가지며, 포화 전자 드리프트 속도는 모두 약 1 × 10⁷ cm/s입니다. 한편, 특정 전기장 하에서 InGaAs와 InP 소재는 전자 속도 오버슈트 효과를 나타내며, 오버슈트 속도는 각각 4 × 10⁷ cm/s와 6 × 10⁷ cm/s에 달합니다. 이는 더 높은 교차 대역폭을 달성하는 데 유리합니다. 현재 InGaAs 광검출기는 광통신 분야에서 가장 널리 사용되는 광검출기입니다. 시장에서는 표면 입사 결합 방식이 가장 일반적이며, 25 Gaud/s 및 56 Gaud/s 대역폭의 표면 입사 검출기 제품이 이미 양산되고 있습니다. 또한, 고속 및 고포화와 같은 응용 분야를 위해 소형화된 후면 입사 방식 및 고대역폭 표면 입사 검출기도 개발되고 있습니다. 그러나 표면 입사 검출기는 결합 방식의 한계로 인해 다른 광전자 소자와의 집적화가 어렵습니다. 따라서 광전자 집적화에 대한 수요가 증가함에 따라, 우수한 성능과 집적화에 적합한 도파관 결합형 InGaAs 광검출기가 점차 연구의 초점이 되고 있습니다. 그중에서도 70GHz 및 110GHz 상용 InGaAs 광검출기 모듈은 거의 모두 도파관 결합 구조를 채택하고 있습니다. 기판 재료에 따라 도파관 결합형 InGaAs 광검출기는 크게 InP 기반과 Si 기반의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. InP 기판에 에피택시 성장된 InGaAs는 고품질의 계면을 가지며 고성능 소자 제작에 적합합니다. 반면, Si 기판에 III-V족 재료를 성장시키거나 접합한 경우, InGaAs 재료와 Si 기판 사이의 다양한 불일치로 인해 재료 또는 계면 품질이 상대적으로 떨어지며, 소자 성능 향상의 여지가 여전히 큽니다.
다양한 응용 환경, 특히 극한 조건에서의 광검출기 안정성은 실제 응용에 있어 핵심적인 요소 중 하나입니다. 최근 페로브스카이트, 유기물, 2차원 소재 등 새로운 유형의 검출기들이 많은 주목을 받고 있지만, 소재 자체가 환경 요인에 쉽게 영향을 받는다는 특성 때문에 장기 안정성 측면에서 여전히 많은 어려움에 직면해 있습니다. 또한, 신소재의 통합 공정은 아직 성숙 단계에 이르지 못했으며, 대량 생산 및 성능 일관성 확보를 위해서는 추가적인 연구가 필요합니다.
현재 인덕터 도입을 통해 소자의 대역폭을 효과적으로 증가시킬 수 있지만, 디지털 광통신 시스템에서는 널리 사용되지 않고 있습니다. 따라서, 인덕터 도입으로 인한 부정적인 영향을 최소화하고 소자의 기생 RC 파라미터를 더욱 줄이는 것이 고속 광검출기 연구의 중요한 방향 중 하나입니다. 둘째로, 도파관 결합형 광검출기의 대역폭이 지속적으로 증가함에 따라 대역폭과 응답성 간의 제약 조건이 다시 대두되고 있습니다. 3dB 대역폭이 200GHz를 초과하는 Ge/Si 광검출기와 InGaAs 광검출기가 보고되었지만, 응답성은 아직 만족스럽지 못합니다. 우수한 응답성을 유지하면서 대역폭을 증가시키는 방법은 중요한 연구 과제이며, 이를 위해서는 공정에 적합한 새로운 재료(높은 이동도와 높은 흡수 계수) 또는 새로운 고속 소자 구조의 도입이 필요할 수 있습니다. 또한, 소자 대역폭이 증가함에 따라 마이크로파 광자 링크에서 검출기의 응용 분야도 점차 확대될 것입니다. 광통신에서처럼 낮은 광 출력 입사와 높은 감도의 검출이 요구되는 것과는 달리, 이 시나리오는 높은 대역폭을 기반으로 하기 때문에 높은 출력 입사에 필요한 높은 포화 전력을 요구합니다. 그러나 고대역폭 소자는 일반적으로 소형 구조를 채택하므로 고속 및 고포화 전력 광검출기를 제작하는 것은 쉽지 않으며, 소자의 캐리어 추출 및 열 방출 측면에서 추가적인 혁신이 필요할 수 있습니다. 마지막으로, 격자 불일치가 있는 광검출기에서 고속 검출기의 암전류를 줄이는 것은 여전히 해결해야 할 과제입니다. 암전류는 주로 결정 품질과 재료의 표면 상태와 관련이 있습니다. 따라서 고품질 이종 에피택시 또는 격자 불일치 시스템에서의 접합과 같은 핵심 공정에 대한 더 많은 연구와 투자가 필요합니다.
게시 시간: 2025년 8월 20일