Silikon fotonik faol element

Silikon fotonik faol element

Fotonikaning faol komponentlari yorug'lik va materiya o'rtasidagi ataylab ishlab chiqilgan dinamik o'zaro ta'sirlarga ishora qiladi. Fotonikaning tipik faol komponenti optik modulyator hisoblanadi. Barcha hozirgi kremniy asoslioptik modulyatorlarplazmasiz tashuvchi ta'siriga asoslangan. Kremniy materialidagi erkin elektronlar va teshiklar sonini doping, elektr yoki optik usullar bilan o'zgartirish uning murakkab sinishi indeksini o'zgartirishi mumkin, bu jarayon Soref va Bennettning 1550 nanometr to'lqin uzunligidagi ma'lumotlarini moslashtirish orqali olingan (1,2) tenglamalarda ko'rsatilgan. . Elektronlar bilan solishtirganda, teshiklar haqiqiy va xayoliy sinishi ko'rsatkichlarining katta qismini keltirib chiqaradi, ya'ni ular berilgan yo'qotish o'zgarishi uchun kattaroq faza o'zgarishini keltirib chiqarishi mumkin, shuning uchunMach-Zehnder modulyatorlariva halqa modulyatorlari, odatda qilish uchun teshiklarni ishlatish afzaldirfazali modulyatorlar.

Turli xilsilikon (Si) modulyatoriturlari 10A-rasmda ko'rsatilgan. Tashuvchi in'ektsiya modulatorida yorug'lik juda keng pinli birikma ichida ichki kremniyda joylashgan va elektronlar va teshiklar AOK qilinadi. Biroq, bunday modulyatorlar sekinroq, odatda 500 MGts tarmoqli kengligi bilan ishlaydi, chunki bo'sh elektronlar va teshiklar in'ektsiyadan keyin rekombinatsiya qilish uchun ko'proq vaqt talab etadi. Shuning uchun, bu struktura ko'pincha modulyator emas, balki o'zgaruvchan optik zaiflashtiruvchi (VOA) sifatida ishlatiladi. Tashuvchining kamayishi modulyatorida yorug'lik qismi tor pn o'tish joyida joylashgan va pn o'tish joyining tükenme kengligi qo'llaniladigan elektr maydoni tomonidan o'zgartiriladi. Ushbu modulyator 50 Gb/s dan yuqori tezlikda ishlashi mumkin, lekin fonni kiritishda yuqori yo'qotishlarga ega. Odatda vpil 2 V-sm. Metall oksidli yarimo'tkazgich (MOS) (aslida yarimo'tkazgich-oksid-yarim o'tkazgich) modulyatori pn birikmasida nozik oksidli qatlamni o'z ichiga oladi. Bu tashuvchining ba'zi bir to'planishiga, shuningdek, tashuvchining kamayishiga imkon beradi, taxminan 0,2 V-sm ga kichikroq VpL imkonini beradi, lekin birlik uzunligi uchun yuqori optik yo'qotishlar va yuqori sig'imning kamchiliklariga ega. Bundan tashqari, SiGe (kremniy Germanium qotishmasi) tarmoqli chekka harakati asosida SiGe elektr assimilyatsiya modulatorlari mavjud. Bundan tashqari, yutish metallar va shaffof izolyatorlar o'rtasida almashish uchun grafenga tayanadigan grafen modulyatorlari mavjud. Bular yuqori tezlikda, past yo'qotishli optik signal modulyatsiyasiga erishish uchun turli mexanizmlarning qo'llanilishining xilma-xilligini namoyish etadi.

10-rasm: (A) turli xil kremniyga asoslangan optik modulyator konstruktsiyalarining ko'ndalang kesimi diagrammasi va (B) optik detektor konstruktsiyalarining tasavvurlar diagrammasi.

Bir nechta kremniy asosidagi yorug'lik detektorlari 10B-rasmda ko'rsatilgan. Yutish materiali germaniydir (Ge). Ge taxminan 1,6 mikrongacha bo'lgan to'lqin uzunliklarida yorug'likni o'zlashtira oladi. Chap tomonda bugungi kunda eng muvaffaqiyatli tijoriy pin tuzilishi ko'rsatilgan. U Ge o'sadigan P tipidagi kremniydan iborat. Ge va Si 4% panjara nomuvofiqligiga ega va dislokatsiyani minimallashtirish uchun birinchi navbatda SiGe ning yupqa qatlami bufer qatlam sifatida o'stiriladi. N-tipli doping Ge qatlamining yuqori qismida amalga oshiriladi. O'rtada metall yarimo'tkazgichli metall (MSM) fotodiodi va APD (ko'chki fotodetektori) o'ng tomonda ko'rsatilgan. APDdagi ko'chki hududi III-V guruh elementar materiallaridagi ko'chki hududiga nisbatan past shovqin xususiyatlariga ega bo'lgan Si shahrida joylashgan.

Hozirgi vaqtda silikon fotonik bilan optik daromadni birlashtirishda aniq afzalliklarga ega echimlar mavjud emas. 11-rasmda montaj darajasi bo'yicha tashkil etilgan bir nechta mumkin bo'lgan variantlar ko'rsatilgan. Eng chap tomonda monolitik integratsiya mavjud bo'lib, ular epitaksial ravishda o'stirilgan germaniyni (Ge) optik daromadli material sifatida, erbiy qo'shilgan (Er) shisha to'lqin uzatgichlarini (masalan, optik nasosni talab qiladigan Al2O3) va epitaksial ravishda o'stirilgan galliy arsenidini (GaAs) o'z ichiga oladi. ) kvant nuqtalari. Keyingi ustun III-V guruhning daromad mintaqasida oksidi va organik bog'lanishini o'z ichiga olgan gofretdan gofret yig'ilishidir. Keyingi ustun chip-to-wafer yig'ilishi bo'lib, u III-V guruh chipini kremniy gofretning bo'shlig'iga joylashtirishni va keyin to'lqin uzatuvchi strukturani qayta ishlashni o'z ichiga oladi. Ushbu dastlabki uchta ustunli yondashuvning afzalligi shundaki, qurilma kesishdan oldin gofret ichida to'liq funktsional sinovdan o'tishi mumkin. Eng o'ng ustun - bu chipdan chipga yig'ish, shu jumladan silikon chiplarni III-V guruh chiplariga to'g'ridan-to'g'ri ulash, shuningdek, linzalar va panjarali bog'lovchilar orqali ulash. Tijorat ilovalari tendentsiyasi diagrammaning o'ng tomonidan chap tomoniga ko'proq integratsiyalashgan va integratsiyalashgan echimlarga o'tmoqda.

11-rasm: Optik daromad kremniyga asoslangan fotonikaga qanday birlashtirilgan. Chapdan o'ngga siljiganingizda, ishlab chiqarishni kiritish nuqtasi jarayonda asta-sekin orqaga siljiydi.