Tiến bộ nghiên cứu về bộ tách sóng quang InGaAs

Tiến trình nghiên cứu củaBộ tách sóng quang InGaAs

Với sự tăng trưởng theo cấp số nhân của khối lượng truyền tải dữ liệu thông tin liên lạc, công nghệ kết nối quang học đã thay thế công nghệ kết nối điện truyền thống và trở thành công nghệ chủ đạo cho truyền dẫn tốc độ cao, tổn hao thấp ở khoảng cách trung và xa. Là thành phần cốt lõi của đầu thu quang học,bộ tách sóng quangCác yêu cầu về hiệu năng tốc độ cao ngày càng cao. Trong số đó, bộ tách sóng quang ghép nối ống dẫn sóng có kích thước nhỏ, băng thông rộng và dễ dàng tích hợp trên chip với các thiết bị quang điện tử khác, là trọng tâm nghiên cứu của lĩnh vực tách sóng quang tốc độ cao. Chúng là những bộ tách sóng quang tiêu biểu nhất trong dải tần truyền thông cận hồng ngoại.

InGaAs là một trong những vật liệu lý tưởng để đạt được tốc độ cao vàbộ tách sóng quang có độ phản hồi caoThứ nhất, InGaAs là vật liệu bán dẫn có khe năng lượng trực tiếp, và độ rộng khe năng lượng của nó có thể được điều chỉnh bằng tỷ lệ giữa In và Ga, cho phép phát hiện các tín hiệu quang học ở các bước sóng khác nhau. Trong đó, In0.53Ga0.47As hoàn toàn phù hợp với mạng tinh thể nền InP và có hệ số hấp thụ ánh sáng rất cao trong dải tần truyền thông quang học. Nó được sử dụng rộng rãi nhất trong việc chế tạo bộ tách sóng quang và cũng có hiệu suất dòng điện tối và độ nhạy vượt trội nhất. Thứ hai, cả vật liệu InGaAs và InP đều có vận tốc trôi điện tử tương đối cao, với vận tốc trôi điện tử bão hòa của cả hai đều xấp xỉ 1×107 cm/s. Đồng thời, dưới các điện trường cụ thể, vật liệu InGaAs và InP thể hiện hiệu ứng vượt vận tốc điện tử, với vận tốc vượt đạt lần lượt 4×107 cm/s và 6×107 cm/s. Điều này có lợi cho việc đạt được băng thông giao nhau cao hơn. Hiện nay, bộ tách sóng quang InGaAs là loại bộ tách sóng quang phổ biến nhất cho truyền thông quang học. Các loại đầu dò có kích thước nhỏ hơn, phản xạ từ phía sau và phản xạ bề mặt băng thông cao cũng đã được phát triển, chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng như tốc độ cao và độ bão hòa cao.

Tuy nhiên, do những hạn chế của phương pháp ghép nối, các bộ детеctor phản xạ bề mặt khó tích hợp với các thiết bị quang điện tử khác. Do đó, với nhu cầu ngày càng tăng về tích hợp quang điện tử, các bộ tách sóng quang InGaAs ghép nối bằng ống dẫn sóng với hiệu suất tuyệt vời và phù hợp cho việc tích hợp đã dần trở thành trọng tâm nghiên cứu. Trong số đó, hầu hết các mô-đun tách sóng quang InGaAs thương mại 70GHz và 110GHz đều sử dụng cấu trúc ghép nối bằng ống dẫn sóng. Theo sự khác biệt về vật liệu nền, các bộ tách sóng quang InGaAs ghép nối bằng ống dẫn sóng chủ yếu có thể được phân loại thành hai loại: dựa trên INP và dựa trên Si. Vật liệu được nuôi cấy trên chất nền InP có chất lượng cao và phù hợp hơn cho việc chế tạo các thiết bị hiệu suất cao. Tuy nhiên, đối với các vật liệu nhóm III-V được nuôi cấy hoặc liên kết trên chất nền Si, do sự không tương thích khác nhau giữa vật liệu InGaAs và chất nền Si, chất lượng vật liệu hoặc giao diện tương đối kém, và vẫn còn nhiều dư địa để cải thiện hiệu suất của thiết bị.

Thiết bị này sử dụng InGaAsP thay vì InP làm vật liệu vùng suy giảm. Mặc dù điều này làm giảm vận tốc trôi bão hòa của electron ở một mức độ nhất định, nhưng nó cải thiện sự ghép nối ánh sáng tới từ ống dẫn sóng đến vùng hấp thụ. Đồng thời, lớp tiếp xúc loại N InGaAsP được loại bỏ, và một khe hở nhỏ được hình thành ở mỗi bên của bề mặt loại P, giúp tăng cường hiệu quả sự ràng buộc đối với trường ánh sáng. Điều này có lợi cho việc thiết bị đạt được độ nhạy cao hơn.