InGaAs 광검출기 연구 진행 상황

연구 진행 상황InGaAs 광검출기

통신 데이터 전송량의 기하급수적 증가로 인해 광 상호 연결 기술은 기존의 전기 상호 연결 기술을 대체하여 중장거리 저손실 고속 전송의 주류 기술로 자리 잡았습니다. 광 수신단의 핵심 구성 요소인 광 인터페이스는광검출기고속 성능에 대한 요구 사항이 점점 높아지고 있습니다. 그중에서도 도파관 결합형 광검출기는 크기가 작고 대역폭이 넓으며 다른 광전자 소자와 온칩으로 쉽게 통합될 수 있어 고속 광검출 연구의 핵심입니다. 및 는 근적외선 통신 대역에서 가장 대표적인 광검출기입니다.

InGaAs는 고속 구현에 이상적인 재료 중 하나입니다.고응답 광검출기첫째, InGaAs는 직접 밴드갭 반도체 소재로, In과 Ga의 비율에 따라 밴드갭 폭을 조절할 수 있어 다양한 파장의 광 신호를 검출할 수 있습니다. 특히 In0.53Ga0.47As는 InP 기판 격자와 완벽하게 정합되며 광통신 대역에서 매우 높은 광 흡수 계수를 나타냅니다. 따라서 광검출기 제작에 가장 널리 사용되며, 암전류 및 응답성 측면에서도 가장 우수한 성능을 보입니다. 둘째, InGaAs와 InP 소재 모두 비교적 높은 전자 드리프트 속도를 가지며, 포화 전자 드리프트 속도는 모두 약 1 × 10⁷ cm/s입니다. 또한, 특정 전기장 하에서 InGaAs와 InP 소재는 전자 속도 오버슈트 효과를 나타내며, 오버슈트 속도는 각각 4 × 10⁷ cm/s와 6 × 10⁷ cm/s에 달합니다. 이러한 특성은 더 넓은 교차 대역폭을 확보하는 데 유리합니다. 현재 InGaAs 광검출기는 광통신 분야에서 가장 널리 사용되는 광검출기입니다. 소형화되고, 후면 입사 방식이며, 고대역폭의 표면 입사 방식 검출기도 개발되어 주로 고속 및 고포화도와 같은 응용 분야에 사용되고 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.

이 소자는 공핍 영역 물질로 InP 대신 InGaAsP를 사용합니다. 이는 전자의 포화 드리프트 속도를 어느 정도 감소시키지만, 도파관에서 흡수 영역으로의 입사광 결합을 향상시킵니다. 동시에 InGaAsP N형 접촉층을 제거하고 P형 표면 양쪽에 작은 틈을 형성하여 광장 구속력을 효과적으로 강화합니다. 이는 소자의 응답성을 높이는 데 기여합니다.