התקדמות המחקר של גלאי הפוטו InGaAs

התקדמות המחקר שלגלאי פוטו InGaAs

עם הצמיחה האקספוננציאלית של נפח העברת נתוני התקשורת, טכנולוגיית חיבור אופטי החליפה את טכנולוגיית החיבור החשמלי המסורתית והפכה לטכנולוגיה המרכזית להעברה מהירה וברורה למרחקים בינוניים וארוכים. כמרכיב הליבה של קצה הקליטה האופטי, ה...גלאי אוריש דרישות הולכות וגדלות לביצועים במהירות גבוהה. ביניהן, גלאי הפוטו מצומדים למולי גלים הוא קטן בגודלו, בעל רוחב פס גבוה וקל לשילוב על השבב עם התקנים אופטואלקטרוניים אחרים, המהווים את מוקד המחקר של זיהוי פוטו במהירות גבוהה, והם גלאי הפוטו המייצגים ביותר בתחום התקשורת הקרוב לאינפרא אדום.

InGaAs הוא אחד החומרים האידיאליים להשגת מהירות גבוהה ו...גלאי פוטו בעלי תגובה גבוההראשית, InGaAs הוא חומר מוליך למחצה בעל פער אנרגיה ישיר, ורוחב פער האנרגיה שלו ניתן לווסת על ידי היחס בין In ו-Ga, מה שמאפשר זיהוי של אותות אופטיים באורכי גל שונים. ביניהם, In0.53Ga0.47As מתאים באופן מושלם לסריג המצע InP ובעל מקדם ספיגת אור גבוה מאוד בפס התקשורת האופטי. זהו החומר הנפוץ ביותר בהכנת גלאי אור וגם בעל ביצועי זרם חושך ותגובתיות יוצאי דופן. שנית, גם לחומרי InGaAs וגם לחומרי InP יש מהירויות סחיפה גבוהות יחסית של אלקטרונים, כאשר מהירויות סחיפה של אלקטרונים רוויות שלהם הן בקירוב 1×107 ס"מ/שנייה. בינתיים, תחת שדות חשמליים ספציפיים, חומרי InGaAs ו-InP מפגינים אפקטים של חריגה מהמהירות של אלקטרונים, כאשר מהירויות החריגה שלהם מגיעות ל-4×107 ס"מ/שנייה ו-6×107 ס"מ/שנייה בהתאמה. זה תורם להשגת רוחב פס חצייה גבוה יותר. נכון לעכשיו, גלאי אור InGaAs הם גלאי האור הנפוצים ביותר לתקשורת אופטית. פותחו גם גלאי אירועי שטח קטנים יותר, בעלי רוחב פס גבוה ותפקוד לקוי, המשמשים בעיקר ביישומים כגון מהירות גבוהה ורוויה גבוהה.

עם זאת, בשל מגבלות שיטות הצימוד שלהם, קשה לשלב גלאי תקיפה עילית עם התקנים אופטואלקטרוניים אחרים. לכן, עם הביקוש הגובר לאינטגרציה אופטואלקטרונית, גלאי פוטואלקטרוניים InGaAs מצומדי מוליכי גלים בעלי ביצועים מצוינים המתאימים לאינטגרציה הפכו בהדרגה למוקד המחקר. ביניהם, מודולי גלאי פוטואלקטרוניים InGaAs מסחריים בתדרים של 70GHz ו-110GHz כמעט כולם מאמצים מבני צימוד מוליכי גלים. בהתאם להבדלים בחומרי המצע, ניתן לסווג גלאי פוטואלקטרוניים InGaAs מצומדי מוליכי גלים בעיקר לשני סוגים: מבוססי INP ומבוססי סיליקון. החומר האפיטקסיאלי על מצעי InP הוא בעל איכות גבוהה ומתאים יותר לייצור התקנים בעלי ביצועים גבוהים. עם זאת, עבור חומרים מקבוצה III-V הגדלים או מודבקים על מצעי סיליקון, עקב חוסר התאמות שונות בין חומרי InGaAs למצעי סיליקון, איכות החומר או הממשק ירודה יחסית, ועדיין יש מקום ניכר לשיפור בביצועי המכשירים.

המכשיר משתמש ב-InGaAsP במקום InP כחומר לאזור הדלדול. למרות שזה מפחית במידה מסוימת את מהירות סחף הרוויה של האלקטרונים, זה משפר את הצימוד של אור פוגע ממוליך הגל לאזור הקליטה. במקביל, שכבת המגע מסוג N של InGaAsP מוסרת, ונוצר פער קטן בכל צד של פני השטח מסוג P, מה שמשפר ביעילות את האילוץ על שדה האור. זה תורם למכשיר להשיג תגובתיות גבוהה יותר.