InGaAs फोटोडिटेक्टर की अनुसंधान प्रगति

अनुसंधान प्रगतिInGaAs फोटोडिटेक्टर

संचार डेटा संचरण की मात्रा में तेजी से वृद्धि के साथ, ऑप्टिकल इंटरकनेक्शन तकनीक ने पारंपरिक विद्युत इंटरकनेक्शन तकनीक का स्थान ले लिया है और मध्यम और लंबी दूरी के कम हानि वाले उच्च गति संचरण के लिए मुख्यधारा की तकनीक बन गई है। ऑप्टिकल रिसीविंग एंड के मुख्य घटक के रूप में,फोटोडिटेक्टरउच्च गति प्रदर्शन के लिए इसकी आवश्यकताएँ लगातार बढ़ती जा रही हैं। इनमें से, वेवगाइड युग्मित फोटोडिटेक्टर आकार में छोटा, बैंडविड्थ में उच्च और अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ आसानी से ऑन-चिप एकीकृत होने योग्य है, जो उच्च गति फोटोडिटेक्शन के अनुसंधान का केंद्र बिंदु है। और निकट-अवरक्त संचार बैंड में सबसे प्रतिनिधि फोटोडिटेक्टर हैं।

InGaAs उच्च गति प्राप्त करने के लिए आदर्श सामग्रियों में से एक है औरउच्च-प्रतिक्रिया वाले फोटोडिटेक्टरसबसे पहले, InGaAs एक प्रत्यक्ष बैंडगैप अर्धचालक पदार्थ है, और इसके बैंडगैप की चौड़ाई को In और Ga के अनुपात द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, जिससे विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाशीय संकेतों का पता लगाना संभव हो जाता है। इनमें से, In0.53Ga0.47As, InP सबस्ट्रेट जाली के साथ पूर्णतः मेल खाता है और प्रकाशीय संचार बैंड में इसका प्रकाश अवशोषण गुणांक बहुत अधिक होता है। इसका उपयोग फोटोडिटेक्टर के निर्माण में सबसे व्यापक रूप से किया जाता है और इसमें उत्कृष्ट डार्क करंट और रिस्पॉन्सिविटी प्रदर्शन भी होता है। दूसरे, InGaAs और InP दोनों पदार्थों में अपेक्षाकृत उच्च इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट वेग होता है, और दोनों का संतृप्त इलेक्ट्रॉन ड्रिफ्ट वेग लगभग 1×10⁷ सेमी/सेकंड होता है। साथ ही, विशिष्ट विद्युत क्षेत्रों के तहत, InGaAs और InP पदार्थ इलेक्ट्रॉन वेग ओवरशूट प्रभाव प्रदर्शित करते हैं, और इनका ओवरशूट वेग क्रमशः 4×10⁷ सेमी/सेकंड और 6×10⁷ सेमी/सेकंड तक पहुँच जाता है। यह उच्च क्रॉसिंग बैंडविड्थ प्राप्त करने में सहायक होता है। वर्तमान में, ऑप्टिकल संचार के लिए InGaAs फोटोडिटेक्टर सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले फोटोडिटेक्टर हैं। छोटे आकार के, बैक-इंसिडेंट और उच्च बैंडविड्थ वाले सरफेस इंसिडेंट डिटेक्टर भी विकसित किए गए हैं, जिनका उपयोग मुख्य रूप से उच्च गति और उच्च संतृप्ति जैसे अनुप्रयोगों में किया जाता है।

हालांकि, इनकी युग्मन विधियों की सीमाओं के कारण, सतह आपतित डिटेक्टरों को अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के साथ एकीकृत करना कठिन है। इसलिए, ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक एकीकरण की बढ़ती मांग के साथ, उत्कृष्ट प्रदर्शन और एकीकरण के लिए उपयुक्त वेवगाइड युग्मित InGaAs फोटोडिटेक्टर धीरे-धीरे अनुसंधान का केंद्र बन गए हैं। इनमें से, 70GHz और 110GHz के वाणिज्यिक InGaAs फोटोडिटेक्टर मॉड्यूल लगभग सभी वेवगाइड युग्मन संरचनाओं को अपनाते हैं। सब्सट्रेट सामग्री में अंतर के आधार पर, वेवगाइड युग्मित InGaAs फोटोडिटेक्टरों को मुख्य रूप से दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: INP-आधारित और Si-आधारित। InP सब्सट्रेट पर एपिटैक्सियल सामग्री उच्च गुणवत्ता वाली होती है और उच्च-प्रदर्शन वाले उपकरणों के निर्माण के लिए अधिक उपयुक्त होती है। हालांकि, Si सब्सट्रेट पर विकसित या बंधित III-V समूह की सामग्रियों के लिए, InGaAs सामग्री और Si सब्सट्रेट के बीच विभिन्न बेमेल के कारण, सामग्री या इंटरफ़ेस की गुणवत्ता अपेक्षाकृत खराब होती है, और उपकरणों के प्रदर्शन में सुधार की काफी गुंजाइश है।

इस उपकरण में क्षीणन क्षेत्र सामग्री के रूप में InP के स्थान पर InGaAsP का उपयोग किया गया है। यद्यपि इससे इलेक्ट्रॉनों की संतृप्ति बहाव गति कुछ हद तक कम हो जाती है, लेकिन यह वेवगाइड से अवशोषण क्षेत्र तक आपतित प्रकाश के युग्मन को बेहतर बनाता है। साथ ही, InGaAsP की N-प्रकार संपर्क परत को हटा दिया जाता है, जिससे P-प्रकार की सतह के दोनों ओर एक छोटा अंतराल बन जाता है, जो प्रकाश क्षेत्र पर अवरोध को प्रभावी रूप से बढ़ाता है। यह उपकरण की उच्च प्रतिक्रियाशीलता प्राप्त करने में सहायक है।