微孔增强型表面照明Ge-on-Si光电二极管：高速、高效率，扩展至1700nm

"这篇论文展示了高效率的表面照明型Ge-on-Sipin光电二极管，采用光子捕获微孔技术，实现了在1300nm处的外部量子效率（EQE）超过80%，在1550nm处达到73%，并且在1550nm以上的更长波长处，EQE提高了三倍多。这些成果得益于微孔结构的应用，使得基于2μm厚度本征Ge层的光电二极管性能显著提升。" 在这篇名为"Surface-illuminated photon-trapping high-speed Ge-on-Si photodiodes with improved efficiency up to 1700 nm"的论文中，研究团队专注于提高硅上锗（Ge-on-Si）光电二极管的性能，特别是其在高速和长波长范围内的工作效率。他们利用了光子捕获微孔（photon-trapping microholes）的创新设计来实现这一目标。 硅上锗光电二极管因其在光通信、光传感和光电子集成中的应用而备受关注，尤其是在长波长通信窗口（如1300nm和1550nm）中，这两个波长是光纤通信系统中最常用的。然而，传统Ge-on-Si二极管在长波长下的效率通常较低，因为锗的吸收深度有限，且光子可能未被有效地转化为电子-空穴对。 研究团队通过引入微孔结构，成功地改进了光电二极管的光收集能力，从而显著提升了外部量子效率。在2μm的薄层本征锗材料上，这种微孔设计使得在1300nm的波长下，二极管的EQE超过了80%，而在1550nm时，其EQE达到了73%。这是一个显著的进步，因为通常需要更厚的锗层才能达到类似的效率水平。此外，对于1550nm以上的波长，效率的提升更为显著，超过三倍，这意味着该技术在更宽的光谱范围内具有更高的光能利用率。 这项工作的重要性在于，它为硅基光电子集成提供了一种新的策略，可以实现高速光电转换，并且在长波长通信中保持高效率。这不仅有助于提高光纤通信系统的性能，还能降低对昂贵和稀有材料的需求，因为锗相对于硅来说是一种相对丰富的元素。 研究团队包括来自加州大学戴维斯分校、W&WSensDevices公司、加州大学圣克鲁兹分校的成员，他们在半导体器件、光电子学和电气工程领域有着深厚的背景。这项工作从2018年3月的提交到6月的发表，经过了严谨的同行评审，证明了其在学术和工业界的潜在影响力。 通过创新的微孔设计，研究人员已经能够优化Ge-on-Si光电二极管的性能，特别是在长波长和高速应用中。这种技术有望推动光电子集成领域的进步，对光纤通信、光传感和其他光电子应用产生深远的影响。