Интегральная оптика для систем передачи и обработки информации - Семенов А.С.
ISBN 5-256-00738-6
Скачать (прямая ссылка):
Гибридный предусилитель с высоким входным сопротивлением состоит из двух GaAs-ПТ с емкостной связью, общим стоком и толщиной затвора 0,3 мкм. Для уменьшения входной емкости ЛФД непосредственно связан с затвором первого ПТ. Второй каскад предусилителя обеспечивает низкое выходное сопротивление (Л?вых = 50 Ом) для последующих каскадов широкополосного усилителя. Общий коэффициент усиления предусилителя по напряжению составляет 10 дБ, этого вполне хватает для превышения шумовых вкладов последующих усилителей. После широкополосного усилителя сигнал подается на #С-эквалайзер и фильтр нижних частот для восстановления формы импульса и ограничения ширины полосы шумов.
При использовании InGaAs-ЛФД с раздельными областями поглощения и умножения, диаметром чувствительной области
.159 55 мкм, квантовой эффективностью 71% (X= 1,55 мкм), темно-вым током 4 нА (при M=I) и ? = 0,35 вместе с описанным выше предусилителем были зарегистрированы оптические мощности —36,6 дБм (скорость передачи информации 2Гбит/с) и —31,2 дБм (4 Гбит/с) при вероятности ошибки Ю-9 бит-1. Использование описанного выше InGaAs-ЛФД с MB =60 ГГц [176] и предусилителя на основе двух с управляющим барьером Шотки GaAs-ПТ (общая входная емкость 0,71 пФ, входное сопротивление нагрузки 1,3 кОм) позволило создать фотодетектор с чувствительностью —25,8 дБм при скорости передачи информации 8 Гбит/с и вероятности ошибки Ю-9 бит-1 [179]. Такой прибор использовали в экспериментах по передаче оптических сигналов (X= 1,55 мкм) со скоростью 8 Гбит/с по одномодовому ВС длиной 68,3 км с нулевой дисперсией на X= 1,3 мкм.
Достижение наибольшей квантовой эффективности фотодиода требует, чтобы весь падающий свет поглощался в его обедненном слое, ,причем произведение толщины обедненного слоя h на коэффициент поглощения света а должно быть максимально большим. Поскольку h обычно невелико (примерно 1 мкм), это приводит к довольно сильной спектральной селективности по чувствительности фотоприемника, обусловленный зависимостью а(Х). Трудности, вызываемые сильной зависимостью межзонного поглощения материала от длины волны регистрируемого оптического излучения, в значительной мере устраняются при использовании волноводной геометрии фотодиодов (рис. 6.11,в). Теперь излучение, распространяющееся по волноводу с малыми потерями, поглощается в обедненном слое, длина которого L может быть выбрана достаточно большой, чтобы выполнялось условие al.^l для широкого диапазона длин волн. Толщина обедненного слоя выбирается теперь близкой к толщине волновода.
Еще одним достоинством волноводного фотодетектора является возможность достижения очень малых емкостей структуры благодаря примению канальных или полосковых волноводов. Так, при использовании канального фотодетектора длиной 3 мм и шириной 3 мкм, сформированного в GaAs (относительная диэлектрическая проницаемость є= 12), емкость структуры составит примерно 0,3 пФ, что на порядок меньше, чем у типичных детекторов меза-геометрии. Это позволило создать волноводный фотодетектор с полосой частот 2 ГГц при площади 1,2-IO4 мкм2 [19].
Для создания поглощающего участка в волноведущем слое фотодетектора применяют локальное эпитаксиальное наращивание слоев с меньшей шириной запрещенной зоны через соответствующие маски, диффузию, ионную имплантацию или протонную бомбардировку. На поверхность этого участка наращивается или формируется диффузией слой материала другого типа проводимости (обычно р-типа) для создания р—/z-перехода или напыляется слой металла, образующего запирающий контакт с полупроводником, для получения барьера Шотки. Наибольшее распро странение получили методы эпитаксиального вырашивания фото-160 чувствительного участка волновода, позволяющие формировать сложные монолитные интегрально-оптические устройства, включающие в себя электронные и оптические элементы. В настоящее время разработан волноводный ИО-фотоприемник типа р—і—п-фотодиода на основе InGaAs- и GaAs-ПТ с управляющим переходом, имеющий чувствительность —23 дБм на длине волны 1,3 мкм при скорости передачи информации 1,2 Гбит/с и вероятности ошибки 10~9 на бит.
6.9. ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Создание оптоэлектронных схем, предназначенных для обработки информации и содержащих оптические и электронные компоненты на общей подложке из полупроводникового материала, является крупным достижением интегральной оптики и оптоэлектроники в целом. Появление этого нового поколения ИО-устройств обусловлено существенным прогрессом в технологии полупроводниковых соединений A111Bv. Наиболее развита технология изготовления оптоэлектронных схем на основе соединений GaAlAs/GaAs и InGaAsP/InP.
Разработанная технология селективного ионного легирования полупроводниковой пластины фокусированным ионным пучком (диаметр пятна менее 0,1 мкм) обеспечивает благодаря точному позиционированию пучка создание структур с высоким пространственным разрешением и полностью заменяет процесс фотолитографии. Программируемое чередование селективного ионного легирования и процесса наращивания тонких слоев полупроводника с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии позволяет получать полу= проводниковые структуры с заданным трехмерным распределением легирующих примесей [170].
