180Gbit/s的高效率氮化硅波導(dǎo)耦合鍺光電探測器

  “光電探測器是現(xiàn)代通信和在線服務(wù)的速度極度依賴的超快光子器件之一，理想的光電探測器滿足高量子效率、低暗電流、寬輸入功率動態(tài)范圍、單通道高達(dá)100Gbit/s。中國信息通信科技集團(tuán)有限公司CICT提出的硅上鍺光電二極管架構(gòu)，使用與鍺吸收區(qū)平行的氮化硅波導(dǎo)，使光電探測器的響應(yīng)度增加近兩倍，傳輸速率高達(dá)180 Gbit/s”

  在信息時代，我們所享受的即時通信和在線服務(wù)，依賴超快硅光子器件的發(fā)展。硅光子學(xué)是量子通信、相干通信和數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵技術(shù)，硅光子器件實現(xiàn)了高吞吐的光信號傳輸與轉(zhuǎn)換。其中，硅光子光電探測器將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。隨著信息流量的持續(xù)增加，迫切需要小型化、高速、高效率的光電探測器。

  理想的光電探測器應(yīng)要有高量子效率、低暗電流、寬輸入功率動態(tài)范圍、單通道高達(dá)100Gbit/s。然而硅材料在1.3–1.55微米通信波段是低量子效率的，而鍺(Ge)材料具有大吸收系數(shù)，具有優(yōu)異的光電特性。近日，中國信息通信科技集團(tuán)有限公司CICT的Xi Xiao等人在Optics Letters，發(fā)表了題為“180 Gbit/s Si3N4-waveguide coupled germanium photodetector with improved quantum efficiency”的研究結(jié)果，報道了一種高量子效率的高速氮化硅波導(dǎo)耦合鍺光電探測器。

  Si3N4波導(dǎo)耦合光電探測器示意圖

  該工作在商用90納米硅光子工藝平臺上完成，通過將錐形氮化硅波導(dǎo)和底部硅之間的間距減小到200納米，并將氮化硅的厚度減小到300納米，顯著改善量子效率。在1550納米波長的光電響應(yīng)的實驗結(jié)果是0.61安/瓦，以及高達(dá)180Gbit/s的四電平脈沖幅度調(diào)制，是迄今為止所報道的最高數(shù)據(jù)速率。

眼圖：3.3V偏置條件下測量的150、160、170和180 Gbit/s

  該研究被OSA選為焦點工作，Periklis Petropoulos在焦點總結(jié)(Spotlight Summary )中指出：“……研究一種硅上鍺光電二極管架構(gòu)，它能夠以極高的速度工作，同時又實現(xiàn)高效率，它使用與鍺吸收區(qū)平行的氮化硅波導(dǎo)，確保光生載流子的均勻分布，……，這是一個重大的結(jié)果，進(jìn)一步推動了芯片上最快元件的競爭!”

  參考文獻(xiàn)：

  1. Xiao Hu, Dingyi Wu, Daigao Chen, Lei Wang, Xi Xiao, and Shaohua Yu. 180 Gbit/s Si3N4-waveguide coupled germanium photodetector with improved quantum efficiency. Optics Letters Vol. 46, Issue 24, pp. 6019-6022 (2021) ，https://doi.org/10.1364/OL.438962

  2. https://www.osapublishing.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-46-24-6019

  3. https://www.osapublishing.org/spotlight/summary.cfm?id=465895