InGaAs 광검출기 연구 진행 상황

연구 진행 상황InGaAs 광검출기

통신 데이터 전송량이 기하급수적으로 증가함에 따라, 광 상호 연결 기술은 기존의 전기 상호 연결 기술을 대체하여 중장거리 저손실 고속 전송의 주류 기술로 자리 잡았습니다. 광 수신단의 핵심 구성 요소인광검출기고속 성능에 대한 요구가 점점 더 높아지고 있습니다. 그중 도파관 결합 광검출기는 크기가 작고 대역폭이 높으며 다른 광전자 소자와 칩에 쉽게 통합될 수 있어 고속 광검출 연구의 초점이 되고 있습니다. 근적외선 통신 대역에서 가장 대표적인 광검출기입니다.

InGaAs는 고속 및고응답 광검출기첫째, InGaAs는 직접 밴드갭 반도체 물질로, In과 Ga의 비율에 따라 밴드갭 폭을 조절할 수 있어 다양한 파장의 광 신호 검출이 가능합니다. 그중 In0.53Ga0.47As는 InP 기판 격자와 완벽하게 정합되며 광통신 대역에서 매우 높은 광 흡수 계수를 보입니다. 광 검출기 제조에 가장 널리 사용되며, 암전류 및 응답성 성능도 가장 뛰어납니다. 둘째, InGaAs와 InP 물질 모두 비교적 높은 전자 드리프트 속도를 가지며, 포화 전자 드리프트 속도는 모두 약 1×107cm/s입니다. 한편, 특정 전기장 하에서 InGaAs와 InP 물질은 전자 속도 오버슈트 효과를 나타내며, 오버슈트 속도는 각각 4×107cm/s와 6×107cm/s에 이릅니다. 이는 더 높은 교차 대역폭을 달성하는 데 도움이 됩니다. 현재 InGaAs 광검출기는 광통신 분야에서 가장 널리 사용되는 광검출기입니다. 소형, 후면 입사형, 고대역폭 표면 입사형 검출기도 개발되었으며, 주로 고속 및 고포화 응용 분야에 사용됩니다.

그러나 표면 입사 검출기는 결합 방식의 한계로 인해 다른 광전자 소자와 통합하기 어렵습니다. 따라서 광전자 집적에 대한 수요가 증가함에 따라 우수한 성능을 갖추고 집적에 적합한 도파관 결합 InGaAs 광검출기가 점차 연구의 초점이 되고 있습니다. 그중 70GHz 및 110GHz의 상용 InGaAs 광검출기 모듈은 거의 모두 도파관 결합 구조를 채택하고 있습니다. 기판 재료의 차이에 따라 도파관 결합 InGaAs 광검출기는 주로 INP 기반과 Si 기반의 두 가지 유형으로 분류할 수 있습니다. InP 기판에 에피택셜된 재료는 품질이 우수하여 고성능 소자 제작에 더 적합합니다. 그러나 Si 기판에 성장되거나 접합된 III-V족 재료의 경우 InGaAs 재료와 Si 기판 간의 다양한 불일치로 인해 재료 또는 계면 품질이 상대적으로 낮으며 소자 성능 개선의 여지가 여전히 상당히 있습니다.

이 소자는 공핍 영역 물질로 InP 대신 InGaAsP를 사용합니다. 이는 전자의 포화 드리프트 속도를 어느 정도 감소시키지만, 도파관에서 흡수 영역으로 입사되는 빛의 결합을 향상시킵니다. 동시에, InGaAsP N형 접촉층이 제거되고 P형 표면의 양쪽에 작은 간극이 형성되어 광 필드의 제약을 효과적으로 개선합니다. 이는 소자의 더 높은 응답성을 달성하는 데 도움이 됩니다.