ФОТОДЕТЕКТОР С УПРАВЛЯЕМОЙ ПЕРЕДИСЛОКАЦИЕЙ: ДИФФУЗИОННО-ДРЕЙФОВАЯ МОДЕЛЬ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ОПТИЧЕСКИХ МЕЖСОЕДИНЕНИЯХ

Аннотация

Ранее для реализации оптических межсоединений в интегральных схемах были предло- жены инжекционные лазеры с двойными AIIIBV наногетероструктурами, выполняющие функ- ции источников и модуляторов излучения. Чтобы преобразовать короткие оптические импуль- сы, генерируемые лазерами-модуляторами, в электрические сигналы, необходимы технологиче- ски совместимые фотодетекторы с субпикосекундным временем отклика. Поскольку тради- ционные конструкции фоточувствительных полупроводниковых приборов не удовлетворяют предъявляемым требованиям, разработан перспективный метод построения быстродейст- вующих фотодетекторов на основе принципа управляемой передислокации максимумов плот- ности носителей заряда в специально организованных квантовых областях. Данные оптоэлек- тронные приборы содержат продольный фоточувствительный p-i-n переход и поперечную управляющую гетероструктуру, в которую входят слои, выращенные методом молекулярно- лучевой эпитаксии при низких температурах, и два управляющих перехода. До наступления среза оптического импульса фотодетектор работает аналогично классическому p-i-n фото- диоду. Поперечное электрическое поле включается только во время заднего фронта лазерного импульса и передислоцирует максимумы плотности электронов и дырок из области поглоще- ния в области с низкой подвижностью и коротким временем жизни, в результате чего время отклика сокращается до субпикосекундной величины. В предыдущих исследованиях быстродей- ствие рассматриваемого фотодетектора оценивалось с помощью квантово-механической комбинированной модели, которая не учитывала некоторые важные аспекты протекающих в нем физических процессов. В данной статье предложена двумерная нестационарная диффузи- онно-дрейфовая модель, позволяющая провести детальный анализ транспорта носителей заря- да в структуре фотодетектора с управляемой передислокацией с точки зрения полуклассиче- ского подхода. Для реализации представленной модели разработаны методика конечно- разностного численного моделирования на основе явного метода и прикладные программные средства. Полученные результаты диффузионно-дрейфового моделирования выявили необхо- димость использования дифференциального принципа подключения для компенсации токов смещения в цепи питания прибора. С учетом данной особенности разработаны фотоприемная схема, обеспечивающая как формирование результирующего электрического сигнала, так и требуемый режим подачи управляющего напряжения на контакты фотодетектора, и драй- вер для лазеров-модуляторов.