Photonic Integrated回路（PIC）材料システム

Photonic Integrated回路（PIC）材料システム

シリコンフォトニクスは、シリコン材料に基づいた平面構造を使用して光を誘導し、さまざまな機能を実現する規律です。ここでは、光ファイバー通信用の送信機と受信機の作成におけるシリコンフォトニクスの適用に焦点を当てています。特定の帯域幅、特定のフットプリント、および特定のコストが増加する帯域幅でさらに多くのトランスミッションを追加する必要があるため、シリコンフォトニクスはより経済的に健全になります。光学部分の場合、フォトニック統合技術使用する必要があり、今日のほとんどのコヒーレントトランシーバーは、個別のLinbo3/ Planar光波回路（PLC）モジュレーターとINP/ PLCレシーバーを使用して構築されています。

図1：一般的に使用されるフォトニック積分回路（PIC）材料システムを示しています。

図1は、最も人気のあるPICマテリアルシステムを示しています。左から右には、シリコンベースのシリカPIC（PLCとも呼ばれます）、シリコンベースの絶縁体PIC（シリコンフォトニクス）、ニオベートリチウム（LINBO3）、およびIII-VグループPICなどのIII-VグループPICがあります。このペーパーでは、シリコンベースのフォトニクスに焦点を当てています。でシリコンフォトニクス、光信号は主にシリコンで移動します。シリコンは、1.12電子ボルト（波長1.1ミクロン）の間接バンドギャップを備えています。シリコンは炉内の純粋な結晶の形で栽培され、その後ウェーハにカットされます。ウェーハは通常直径300 mmです。ウェーハ表面は酸化されており、シリカ層を形成します。ウェーハの1つは、特定の深さまで水素原子で砲撃されています。 2つのウェーハは真空で融合し、それらの酸化物層は互いに結合します。アセンブリは、水素イオン移植ラインに沿って壊れます。次に、亀裂のシリコン層が磨かれ、最終的には、シリカ層の上にある無傷のシリコン「ハンドル」ウェーハの上に結晶Siの薄い層が残ります。この薄い結晶層から導波路が形成されます。これらのシリコンベースの絶縁体（SOI）ウェーファーは、低湿性のシリコンフォトニクス導波路を可能にしますが、実際には、漏れ電流が低いため、低電力CMOS回路でより一般的に使用されています。

図2に示すように、シリコンベースの光学導波路には多くの形式があります。それらは、マイクロスケールのゲルマニウムドープされたシリカ導波路からナノスケールシリコンワイヤー波動管に及ぶ範囲です。ゲルマニウムをブレンドすることにより、作ることが可能です光検出器および電気吸収モジュレーター、および場合によっては光アンプもあります。シリコンをドーピングすることで、光変調器作ることができます。左から右の底は、シリコンワイヤー導波路、窒化シリコン導波路、シリコンオキシニトリド導波路、厚いシリコンリッジ導波路、薄い窒化シリコン波動管、ドープシリコン波動管です。左から右の上部には、枯渇モジュレーター、ゲルマニウム光検出器、およびゲルマニウムがあります光アンプ.

図2：シリコンベースの光学導波路シリーズの断面。典型的な伝播損失と屈折指数を示しています。