Silicon Photonik aktiv Element

Silicon Photonik aktiv Element

Photonik aktiv Komponente bezéie sech speziell op bewosst entworf dynamesch Interaktiounen tëscht Liicht a Matière. Eng typesch aktive Bestanddeel vun der Photonik ass en opteschen Modulator. All aktuell Silizium-baséiertoptesch modulatorsbaséieren op de Plasma-fräien Trägereffekt. D'Zuel vu fräie Elektronen a Lächer an engem Siliziummaterial z'änneren duerch Doping, elektresch oder optesch Methoden kann säi komplexe Brechungsindex änneren, e Prozess, deen an Equatiounen (1,2) gewise gëtt, kritt andeems d'Daten vu Soref a Bennett op enger Wellelängt vun 1550 Nanometer passen. . Am Verglach mat Elektronen verursaache Lächer e méi groussen Undeel vun den reellen an imaginäre Brechungsindexännerungen, dat heescht, si kënnen eng méi grouss Phaseännerung fir eng bestëmmte Verloschtverännerung produzéieren.Mach-Zehnder Modulatorenan Ring modulators, et ass normalerweis léiwer Lächer ze maachenPhase Modulatoren.

Déi verschiddeSilizium (Si) ModulatorZorte sinn an der Figur 10A gewisen. An engem Carrier Injektiounsmodulator ass d'Liicht am intrinsesche Silizium an engem ganz breet Pin-Kräizung lokaliséiert, an Elektronen a Lächer ginn injizéiert. Wéi och ëmmer, sou Modulatore si méi lues, typesch mat enger Bandbreedung vu 500 MHz, well fräi Elektronen a Lächer méi laang daueren fir no der Injektioun ze rekombinéieren. Dofir gëtt dës Struktur dacks als variabelen opteschen Attenuator (VOA) benotzt anstatt e Modulator. An engem Carrier Depletion Modulator ass de Liichtdeel an engem schmuele pn-Kräizung lokaliséiert, an d'Ausbezuelungsbreet vum pn-Kräizung gëtt duerch en ugewandt elektrescht Feld geännert. Dëse Modulator ka mat Geschwindegkeete vu méi wéi 50Gb / s operéieren, awer huet en héije Background Insertion Verloscht. Déi typesch vpil ass 2 V-cm. E Metalloxid Hallefleit (MOS) (tatsächlech Hallefleit-Oxid-Halbleiter) Modulator enthält eng dënn Oxidschicht an engem pn-Kräizung. Et erlaabt e puer Carrier Akkumulation souwéi Carrier Ausschöpfung, wat e méi klenge VπL vun ongeféier 0,2 V-cm erlaabt, awer huet den Nodeel vu méi héije opteschen Verloschter a méi héije Kapazitéit pro Eenheet Längt. Zousätzlech ginn et SiGe elektresch Absorptiounsmodulatoren baséiert op SiGe (Silicon Germanium Legierung) Bandkantbewegung. Zousätzlech ginn et Graphenmodulatoren déi op Graphen vertrauen fir tëscht absorbéierend Metaller an transparenten Isolatoren ze wiesselen. Dës weisen d'Diversitéit vun Uwendungen vu verschiddene Mechanismen fir High-Speed, Low-Loss optesch Signalmodulatioun z'erreechen.

Figur 10: (A) Querschnitt Diagramm vun verschiddenen Silicon-baséiert opteschen modulator Designs an (B) Querschnitt Diagramm vun opteschen Detektor Designs.

Verschidde Silizium-baséiert Liichtdetektoren ginn an der Figur 10B gewisen. D'Absorbéiermaterial ass Germanium (Ge). Ge ass fäeg Liicht op Wellelängten bis op ongeféier 1,6 Mikron opzehuelen. Op der lénker Säit ass déi kommerziell erfollegräich Pin Struktur haut. Et besteet aus P-Typ dotéiert Silizium op deem Ge wiisst. Ge a Si hunn e 4% Gitter-Mëssmatch, a fir d'Dislokatioun ze minimiséieren, gëtt eng dënn Schicht SiGe fir d'éischt als Pufferschicht ugebaut. N-Typ Doping gëtt op der Spëtzt vun der Ge Schicht gemaach. Eng Metall-Halbleiter-Metal (MSM) Photodiode gëtt an der Mëtt gewisen, an eng APD (Lawinen Photodetektor) gëtt op der rietser Säit gewisen. D'Avalancheregioun an der APD läit am Si, deen méi niddereg Geräischercharakteristiken huet am Verglach zu der Lawineregioun a Grupp III-V Elementarmaterialien.

Am Moment ginn et keng Léisunge mat offensichtleche Virdeeler fir optesch Gewënn mat Silizium Photonik z'integréieren. Figur 11 weist verschidde méiglech Optiounen organiséiert vun Assemblée Niveau. Ganz lénks sinn monolithesch Integratiounen, déi d'Benotzung vun epitaxial ugebauten Germanium (Ge) als optesch Gewënnmaterial enthalen, erbium-dotéiert (Er) Glaswelleleiter (wéi Al2O3, déi optesch Pompelen erfuerdert), an epitaxial ugebaut Galliumarsenid (GaAs) ) Quantepunkter. Déi nächst Kolonn ass wafer zu wafer Assemblée, mat Oxid an organesch Bindung an der III-V Grupp Gewënn Regioun. Déi nächst Kolonn ass Chip-zu-Wafer Assemblée, déi involvéiert den III-V Grupp Chip an d'Kavitéit vun der Siliziumwafer anzebezéien an dann d'Welleguidestruktur ze bearbeiten. De Virdeel vun dëser éischter dräi Kolonn Approche ass datt den Apparat voll funktionell am Wafer ka getest ginn ier Dir geschnidden. Déi riets-meeschte Kolonn ass Chip-ze-Chip Assemblée, dorënner direkt Kopplung vun Silicon Chips zu III-V Grupp Chips, souwéi Kopplung iwwer Lens- an grating couplers. Den Trend a Richtung kommerziellen Uwendungen beweegt sech vu riets op déi lénks Säit vum Diagramm a Richtung méi integréiert an integréiert Léisungen.

Figur 11: Wéi optesch Gewënn an Silizium-baséiert Photonik integréiert ass. Wéi Dir vu lénks op riets bewegt, bewegt de Fabrikatiouns-Insertiounspunkt lues a lues zréck am Prozess.