Лавинные фотодетекторы на основе InGaAs/InAlAs, интегрированные с волноводными структурами «кремний на изоляторе»

Yin Dongdong, Yang Xiaohong, He Tingting, Lv Qianqian, Ye Han, Han Qin

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Dongdong Yin, Xiaohong Yang, Tingting He, Qianqian Lv, Han Ye, Qin Han InGaAs/InAlAs avalanche photodetectors integrated on silicon-on-insulator waveguide circuits (Лавинные фотодетекторы на основе InGaAs/InAlAs, интегрированные с волноводными структурами «кремний на изоляторе») [на англ. яз.] // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 5. С. 80–85.

Dongdong Yin, Xiaohong Yang, Tingting He, Qianqian Lv, Han Ye, Qin Han InGaAs/InAlAs avalanche photodetectors integrated on silicon-on-insulator waveguide circuits (Лавинные фотодетекторы на основе InGaAs/InAlAs, интегрированные с волноводными структурами «кремний на изоляторе») [in English] // Opticheskii Zhurnal. 2017. V. 84. № 5. P. 80–85.

Ссылка на англоязычную версию:

Dongdong Yin, Xiaohong Yang, Tingting He, Qianqian Lv, Han Ye, and Qin Han, "InGaAs/InAlAs avalanche photodetectors integrated on silicon-on-insulator waveguide circuits," Journal of Optical Technology. 84(5), 350-354 (2017). https://doi.org/10.1364/JOT.84.000350

Аннотация:

Выполнено моделирование лавинных фотодиодов на основе InGaAs/InAlAs, оптическая связь которых с волноводными структурами «кремний на изоляторе» осуществлялась посредством убегающих волн, проходящих через связующий слой бензоциклобутена. Для передачи света из волокна к кремниевому волноводу использован кремниевый соединитель на основе дифракционной решетки на волокне. При моделировании проводилась оптимизация эффективности оптической связи для различных толщин слоя бензоциклобутена, параметров слоя InP и ширины кремниевого волновода. Результаты моделирования показали достижимость эффективности детектирования 96,7% в условиях толщины кремниевого волновода 2 мкм и размера фотодетектора 40 мкм при значении произведения усиления на полосу пропускания 135 ГГц на длине волны 1550 нм.

Ключевые слова:

кремний на изоляторе, лавинный фотодетектор, убегающие волны, бензоциклобутеновое связующее

Коды OCIS: 040.1345, 040.5160, 130.5990, 200.4650

Список источников:

1. Personick S.D. Receiver design for digital fiber optic communication systems, I // Bell Syst. Tech. J. 1973. V. 52. P. 843.
2. Forrest S.R. Sensitivity of avalanche photodetector receivers for high-bit-rate long-wavelength optical communication systems // Semiconduct. Semimet. 1985. V. 22. P. 329.
3. Kasper B.L., Campbell J.C. Multigigabit per-second avalanche photodiode lightwave receivers // J. Light Technol. 1987. V. 5. P. 1351.
4. Watanabe I., Torikai T., Makita K., Fukushima K., Uji T. Impact ionization rates in (100) Al(0.48)In(0.52)As // IEEE Electr. Device L. 1990. V. 11. P. 437.
5. Absil P.P., Verheyen P., Heyn P.D., Pantouvaki M., Lepage G., Coster J.D., Campenhout J.V. Silicon photonics integrated circuits: A manufacturing platform for high density, low power optical I/O’s // Opt. Exp. 2015. V. 23. P. 9369.
6. Sui S., Tang M., Yang Y., Xiao J., Du Y., Huang Y. Mode investigation for hybrid microring lasers with sloped sidewalls coupled to a silicon waveguide // IEEE Photon. J. 2015. V. 7. P. 1.
7. Streshinsky M., Ding R., L iu Y., Novack A., Galland C., Lim A.E.J., Guo-Qiang L o P., Baehr-Jones T., Hochberg M. The road to affordable, large-scale silicon photonics // Opt. Photon. News. 2013. V. 24. P. 32.
8. Baehr-Jones T., Pinguet T., Lo P.G.Q., Danziger S., Prather D., Hochberg M. Myths and rumours of silicon photonics // Nat. Photon. 2012. V. 6. P. 206.
9. Heck M.J.R., Chen H.W., Fang A.W., Koch B.R., Liang D., Park H., Sysak M.N., Bowers J.E. Hybrid silicon photonics for optical interconnects // IEEE J. Sel. Topics Quantum Electron. 2011. V. 17. P. 333.
10. Ohira K., Kobayashi K., Iizuka N., Yoshida H., Ezaki M., Uemura H., Kojima A., Nakamura K., Furuyama H., Shibata H. On-chip optical interconnection by using integrated III–V laser diode and photodetector with silicon waveguide // Opt. Exp. 2010. V. 18. P. 15440.
11. Boyraz O., Jalali B. Demonstration of a silicon Raman laser // Opt. Exp. 2004. V. 12. P. 5269.
12. Liu A., Liao L., Rubin D., Nguyen H., Ciftcioglu B., Chetrit Y., Izhaky N., Paniccia M. High-speed optical modulation based on carrier depletion in a silicon waveguide // Opt. Exp. 2007. V. 15. P. 660.
13. Campenhout J.V., Binetti P.R.A., Romeo P.R., Regreny P., Seassal C., Leijtens X.J.M., Vries T.D. Low-footprint optical interconnect on an SOI chip through heterogeneous integration of InP-based microdisk lasers and microdetectors // IEEE Photonics Technol. Lett. 2009. V. 21. P. 522.
14. Chunnilall C.J., Lepert G., Allerton J.J., Hart C.J., Sinclair A.G. Traceable metrology for characterizing quantum optical communication devices // Metrologia. 2014. V. 51. P. S258.
15. Gisin N., Thew R. Quantum communication // Nature Photon. 2007. V. 1. P. 165.
16. Kinsey G.S., Campbell J.C., Dentai A.G. Waveguide avalanche photodiode operating at 1.55 μm with a gain-bandwidth product of 320 GHz // IEEE Photonic. Tech. L. 2001. V. 13. P. 842.
17. Shiba K., Nakata T., Takeuchi T., Sasaki T., Makita K. 10 Gbit/s asymmetric waveguide APD with high sensitivity of 30 dBm // Electron. Lett. 2006. V. 42. P. 1177.
18. Ang K.W., Lo P.G.Q. Avalanche photodetectors: Si charge avalanche enhances APD sensitivity beyond 100 GHz // Laser Focus World. 2010. V. 46.
19. Keyvaninia S., Muneeb M., Stanković S., Van Veldhoven P.J., Van Thourhout D., Roelkens G. Ultra-thin DVS-BCB adhesive bonding of III–V wafers, dies and multiple dies to a patterned silicon-on-insulator substrate // Opt. Mat. Exp. 2013. V. 3. P. 35.
20. Roelkens G., Liu L., Liang D., Jones R., Fang A., Koch B., Bowers J. III–V/silicon photonics for on-chip and intra-chip optical interconnects // Laser & Photon. Rev. 2010. V. 4. P. 751.
21. Sheng Z., Liu L., Brouckaert J., He S.L., Thourhout D.V. InGaAs PIN photodetectors integrated on silicon-on-insulator waveguides // Opt. Exp. 2010. V. 18. P. 1757.
22. Liang D., Roelkens G., Baets R., Bowers J.E. Hybrid integrated platforms for silicon photonics // Mat. 2010. V. 3. P. 1782.
23. Emmons R.B. Avalanche-photodiode frequency response // J. Appl. Phys. 1967. V. 38. P. 3705.