Высокоскоростной одноходовой фотодиод с несущей длиной волны 2 мкм

Высокоскоростной одноходовой фотодиод с несущей длиной волны 2 мкм

Аннотация

Современные системы оптической связи, работающие в диапазоне длин волн 1,55 мкм, могут не иметь возможности постоянно удовлетворять растущий спрос на емкость данных в течение следующих нескольких лет. Открытие нового спектрального окна на длине волны 2 мкм с помощью недавно разработанного светового пучка с фотонной запрещенной зоной с полым сердечником и волоконного усилителя, легированного тулием, является многообещающим решением для увеличения пропускной способности из-за свойств этих компонентов с малыми потерями и широкой полосой пропускания. полоса длин волн. Однако, как ключевой компонент, производительность современных высокоскоростных фотоприемников на длине волны 2 мкм все еще не сопоставима с таковыми на полосе длин волн 1,55 мкм, что ограничивает возможности нового спектрального окна. В этой работе мы впервые демонстрируем, насколько нам известно, быстродействующий фотодиод с одним движущимся носителем для применений 2 мкм с множественными квантовыми ямами InGaAs/GaAsSb типа II в качестве области поглощения, согласованной по решетке с InP. Устройства имеют чувствительность 0,07 А/Вт на длине волны 2 мкм, а устройство с диаметром 10 мкм показывает полосу пропускания 3 дБ в 25 ГГц при -3В напряжение смещения. Насколько нам известно, это устройство является самым быстрым фотодиодом среди всех фотоприемников III-V и IV групп, работающих в диапазоне длин волн 2 мкм.

1. ВВЕДЕНИЕ

Из-за экспоненциально растущего объема интернет-трафика современные оптические системы связи стремительно приближаются к пределу своей пропускной способности. Это «ограничение пропускной способности» является стимулом для развития систем оптической связи следующего поколения. Новое спектральное окно на длине волны 2 мкм является многообещающим решением для увеличения пропускной способности системы благодаря наличию пустотелого световода с полыми сердечниками (HC-PBGF) с малыми потерями (0,2 дБ/км) и широкой полосы пропускания (от 1810–2050 нм) волоконный усилитель на основе тулия (TDFA) на длине волны 2 мкм. Исследования оптических компонентов 2 мкм и архитектуры системы показали многообещающий потенциал этого нового спектрального окна. Восьмиканальная мультиплексная система передачи с разделением по длине волны с пропускной способностью 100 Гбит/с была продемонстрирована в диапазоне 2мкм.

Высокоскоростной фотоприемник является одним из ключевых компонентов системы оптической связи, и среди различных достоинств пропускная способность чаще всего используется для эталона высокоскоростного устройства. В диапазоне длин волн 2 мкм были продемонстрированы высокоскоростные фотодиоды с InGaAs с высоким содержанием In на InP, InGaAsSb на GaSb, GeSn/Ge на Si и дефект- опосредованный Si.  на InP, который обрезается при 1,7мкм, является наиболее широко используемым абсорбирующим материалом для высокоскоростного применения из-за его высокой подвижности носителей. Для работы 2 мкм необходимо использовать In-богатые InGaAs для увеличения длины волны отсечки. Продемонстрирован фотодиод с полосой пропускания 10 ГГц с  в качестве поглощающего слоя. Автор достиг ширины полосы 16 ГГц, используя  поглотитель. Частично истощенный фотодиод с  поглотитель на GaSb достиг ширины полосы 3 дБ 6 ГГц. С другой стороны, квантовая яма GeSn/Ge, выращенная на Si, дает преимущество для интеграции с другими кремниевыми устройствами, и  сообщалось о фотодиодах с шириной полосы 10 ГГц. Вставляя дефекты решетки, фотодиод кремний-на-изоляторе также может работать на длине волны 2мкм, и полоса пропускания 15 ГГц может быть достигнута. Однако производительность этих устройств чувствительна к качеству кристаллов, что делает их неудобными для практического применения.[pic 1][pic 2][pic 3][pic 4][pic 5]