180Gbit/s的高效率氮化硅波導耦合鍺光電探測器

  “光電探測器是現代通信和在線服務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、寬輸入功率動態范圍、單通道高達100Gbit/s。中國信息通信科技集團有限公司CICT提出的硅上鍺光電二極管架構，使用與鍺吸收區平行的氮化硅波導，使光電探測器的響應度增加近兩倍，傳輸速率高達180 Gbit/s”

  在信息時代，我們所享受的即時通信和在線服務，依賴超快硅光子器件的發展。硅光子學是量子通信、相干通信和數據中心的關鍵技術，硅光子器件實現了高吞吐的光信號傳輸與轉換。其中，硅光子光電探測器將接收到的光信號轉換成電信號。隨著信息流量的持續增加，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要有高量子效率、低暗電流、寬輸入功率動態范圍、單通道高達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，具有優異的光電特性。近日，中國信息通信科技集團有限公司CICT的Xi Xiao等人在Optics Letters，發表了題為“180 Gbit/s Si3N4-waveguide coupled germanium photodetector with improved quantum efficiency”的研究結果，報道了一種高量子效率的高速氮化硅波導耦合鍺光電探測器。

  Si3N4波導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的實驗結果是0.61安/瓦，以及高達180Gbit/s的四電平脈沖幅度調制，是迄今為止所報道的最高數據速率。

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(Spotlight Summary )中指出：“……研究一種硅上鍺光電二極管架構，它能夠以極高的速度工作，同時又實現高效率，它使用與鍺吸收區平行的氮化硅波導，確保光生載流子的均勻分布，……，這是一個重大的結果，進一步推動了芯片上最快元件的競爭!”

  參考文獻：

  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