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世界上第一个回音壁硅上锗光电探测器

发布时间:2018-10-28 点击数:290

《Optics Letters》收录了麻省理工学院 Zhan Su课题组在硅光探测器上的最新工作!(https://doi.org/10.1364/OL.42.002878)

基于芯片(on chip)或者非芯片(off chip)越来越宽带宽和越来高损耗的问题日益突出。而硅基光子学的兴起给这些困难提供了一个很好的解决方案。另外,当代电子产业赖以生存的CMOS工艺不仅可以应用于电子器件生产中,也可以应用于硅光器件的生产,CMOS工艺无疑对硅光器件的未来大规模生产起到了很好的支撑作用。

CMOS工艺生产的电子芯片

硅光器件中,光电探测器扮演着非常重要的作用(就如同电子电路中的电流表作用)。迄今为止,近红外光的探测可以利用很多种材料来实现,比如锗(germanium),多晶硅(polycrystalline silicon),锗硅(silicon germanium),三五族材料,以及二维材料。在这些材料中,由于锗本身高的光生载流子的产生效率(photocarrier generation)以及它与硅的集成工艺是与CMOS兼容的,所以锗的探测器相比其他材料有着独特的优势。

锗的直接带隙是0.8eV,使得锗材料是探测小于1.55um波长的波段的理想材料(特点:小的暗电流和快的探测速度)。传统的锗探测器不能探测较长波段的波长(L波段 1565-1625nm),麻省理工学院Zhan Su课题组对新的器件构造进行了探索。

Zhan Su 课题组设计并证实了第一个在CMOS工艺平台上 利用硅波导的消逝波来进行探测的回音壁上锗硅光电探测器(Whispering gallery germanium-on-silicon photodetector),该器件具有小的尺寸 63.6 um2 ,高的响应速度 1.04A/W(在1530nm波长光下测量),低的偏压 1V,低的暗电流 2.03nA,以及较大的光电带宽(32.9GHz),该器件可以应用于波长的滤波和功率的探测功能,并为未来的大数据的传输问题带来应用前景。

另外Zhan Su 课题组优化了这个探测器的共振性质,使得其能够探测长波长,长至1630nm ,并且保持着大于0.45A/W的探测响应性质。这个器件也是世界上第一个回音壁硅上锗光电探测器!