Постоянно растущий коммуникационный трафик доводит обычное электронное соединение до предела. Кремниевая фотоника считается технологией, позволяющей решить эту насущную проблему, благодаря своей высокой скорости и большой пропускной способности, а также масштабируемому и высокопроизводительному производству. Высокопроизводительные PD являются важнейшими оптическими строительными блоками в кремниевых фотонных интегральных схемах (Si-PIC).
В дополнение к таким характеристикам, как высокая чувствительность, низкий темновой ток, большая полоса пропускания, работа в широком диапазоне длин волн, эффективное взаимодействие света с Si-волноводами и совместимость с CMOS также необходимы для PD.
Фотодетекторы III-V давно используются в фотонных интегральных схемах (PIC) на основе InP из-за их превосходных характеристик. В последнее время интерес к ФП III-V, выращенным на Si, начал расти, дополняя исследования по интеграции лазеров III-V на Si и конечной цели интеграции высокоэффективной фотоники III-V в платформу Si-photonics. Для фотоприемников III-V на Si, реализованных традиционным методом бланкетной гетероэпитаксии, толстые буферные слои, используемые для уменьшения дефектов, затрудняют взаимодействие света с Si-волноводами, и, по имеющимся данным, ширина полосы пропускания 3 дБ для этих фоточувствительных элементов часто попадает в диапазон невысоких значений. -10 ГГц.
Команда HKUST разработала метод захвата поперечного соотношения сторон (ART) для выращивания материалов III-V на SOI без необходимости использования толстых буферов. ФД III-V, выращенные на КНИ этим методом, имеют плоскую конфигурацию со слоем Si-устройства, что позволяет легко интегрировать ФД и Si-волноводы.
Команда разработала и изготовила PD III-V различных размеров на монолитной платформе InP / SOI, также разработанной командой. PD имеют широкую полосу пропускания 3 дБ, превышающую 40 ГГц, высокую чувствительность 0.3 A / W при 1550 нм и 0.8 A / W на 1310 нм, широкий диапазон рабочих длин волн более 400 нм и низкий темновой ток 0.55 нА. Фототоки можно регулировать для различных применений, изменяя длину PD.
Конструкция сопряжения этих ФД с Si-волноводами может быть гибкой и простой.
Впервые группа демонстрирует фотодетекторы III-V, выращенные на монолитной платформе InP / SOI (статья появится в Light: Science and Application), чтобы соответствовать строгим критериям для ФП в кремниевой фотонике. «Это стало возможным благодаря нашей последней разработке монолитной платформы InP / SOI с субмикронными стержнями InP и крупногабаритными мембранами InP. «Объединенный опыт нашей команды и понимание как физики устройства, так и механизмов роста позволяют нам выполнять сложную задачу кросс-коррелированного анализа эпитаксиального роста, характеристик материалов и производительности устройства», – говорит проф. Лау.
Это совместная работа с исследовательской группой под руководством проф. Хон-Ки ЦАНГ факультета электронной инженерии Китайского университета Гонконга (CUHK).
Используемая в работе технология изготовления устройства была разработана на заводе по производству наносистем HKUST (NFF) в кампусе Clear Water Bay. Работа поддержана Советом по исследовательским грантам Гонконга и Фондом инновационных технологий Гонконга.
Эта работа недавно была опубликована в Optica.