실리콘 광자기 활성 요소
Photonics Active 구성 요소는 구체적으로 빛과 물질 사이의 의도적으로 설계된 동적 상호 작용을 언급합니다. 광자의 전형적인 활성 성분은 광학 조절기입니다. 모든 현재 실리콘 기반광학 변조기혈장 자유 캐리어 효과를 기반으로합니다. 도핑, 전기 또는 광학 방법으로 도핑하여 실리콘 재료의 자유 전자 및 구멍의 수를 변경하면 복잡한 굴절률이 변경 될 수 있으며, 이는 1550 나노 미터의 파장에서 Soref 및 Bennett의 데이터를 장착하여 얻은 방정식 (1,2)에 표시된 공정입니다. 전자와 비교할 때 구멍은 실제 및 가상의 굴절률 변화의 비율이 더 많습니다. 즉, 주어진 손실 변화에 대해 더 큰 위상 변화를 생성 할 수 있습니다.Mach-Zehnder 변조기링 변조기, 일반적으로 구멍을 사용하여 만들기가 바람직합니다.위상 변조기.
다양한실리콘 (SI) 변조기유형은 그림 10a에 나와 있습니다. 캐리어 분사 변조기에서, 빛은 매우 넓은 핀 접합 내에서 고유 실리콘에 위치하며 전자와 구멍이 주입된다. 그러나, 이러한 변조기는 전형적으로 500MHz의 대역폭으로 느린다. 자유 전자와 구멍은 주입 후 재조합에 더 오래 걸리기 때문이다. 따라서이 구조는 종종 변조기가 아닌 가변 광학 감쇠기 (VOA)로 사용됩니다. 캐리어 고갈 변조기에서, 광 부분은 좁은 PN 접합부에 위치하며, PN 접합의 고갈 폭은 적용된 전기장에 의해 변경된다. 이 변조기는 50GB/s를 초과하는 속도로 작동 할 수 있지만 배경 삽입 손실이 높습니다. 전형적인 VPIL은 2 V-CM입니다. 금속 산화물 반도체 (MOS) (실제로 반도체-산화물-세미 컨덕터) 변조기는 PN 접합부에서 얇은 산화물 층을 함유한다. 일부 캐리어 축적 및 캐리어 고갈을 허용하여 약 0.2V-CM의 더 작은 VπL을 허용하지만, 더 높은 광학 손실과 단위 길이 당 더 높은 커패시턴스의 단점이 있습니다. 또한, SIGE (Silicon Germanium 합금) 밴드 에지 이동에 기초한 SIGE 전기 흡수 조절기가있다. 또한, 흡수 금속과 투명 절연체 사이를 전환하기 위해 그래 핀에 의존하는 그래 핀 변조기가있다. 이들은 고속의 저 손실 광학 신호 변조를 달성하기위한 다양한 메커니즘의 적용의 다양성을 보여줍니다.
그림 10 : (a) 다양한 실리콘 기반 광 변조기 설계의 단면 다이어그램 및 (b) 광학 감지기 설계의 단면 다이어그램.
몇몇 실리콘 기반 광 검출기가도 10b에 도시되어있다. 흡수 물질은 게르마늄 (GE)입니다. GE는 약 1.6 미크론으로 파장에서 빛을 흡수 할 수 있습니다. 왼쪽에 표시된 것은 오늘날 가장 상업적으로 성공적인 핀 구조입니다. 그것은 GE가 자라는 P- 타입 도핑 실리콘으로 구성됩니다. GE와 SI는 4% 격자 불일치를 가지며, 탈구를 최소화하기 위해, 얇은 층의 시그 층이 먼저 버퍼 층으로 성장된다. N- 타입 도핑은 GE 층 상단에서 수행된다. 금속 세미 도체-금속 (MSM) 포토 다이오드가 중간에 표시되고 APD (눈사태 광 검출기)는 오른쪽에 표시됩니다. APD의 눈사태 영역은 SI에 위치하고 있으며 그룹 III-V 원소 재료의 눈사태 영역에 비해 소음 특성이 낮습니다.
현재, 광학 게인을 실리콘 광자와 통합하는 데있어 명백한 이점이있는 솔루션은 없다. 그림 11은 어셈블리 수준으로 구성된 몇 가지 가능한 옵션을 보여줍니다. 맨 왼쪽에는 광학적 재료로서 에피 탁스 성장 게르마늄 (GE)의 사용을 포함하는 모 놀리 식 통합, Erbium-Doped (ER) 유리 도파관 (예 : 광학 펌핑이 필요한 Al2O3) 및 에피 팍스 성장 갈륨 비소 (GAAS) 양자점 도트가 포함된다. 다음 컬럼은 III-V 그룹 게인 영역에서 산화물 및 유기 결합을 포함하는 웨이퍼 어셈블리에 대한 웨이퍼입니다. 다음 칼럼은 칩 투 웨이퍼 어셈블리이며, 여기에는 III-V 그룹 칩을 실리콘 웨이퍼의 공동에 포함시킨 다음 도파관 구조를 가공합니다. 이 첫 번째 세 가지 열 접근법의 장점은 절단 전에 웨이퍼 내부에서 장치를 완전히 기능 할 수 있다는 것입니다. 가장 오른쪽 열은 III-V 그룹 칩에 실리콘 칩의 직접 커플 링 및 렌즈 및 격자 커플러를 통한 커플 링을 포함하여 칩 투 칩 어셈블리입니다. 상업용 응용 프로그램에 대한 추세는 차트의 오른쪽에서 차트의 왼쪽으로보다 통합되고 통합 된 솔루션으로 이동하고 있습니다.
그림 11 : 광학 게인이 실리콘 기반 광자에 통합되는 방법. 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면 제조 삽입 지점이 점차적으로 다시 이동합니다.
시간 후 : 7 월 -22-2024