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Photonische Integration im Chip Maßstab, chinesische Forscher sehen Potenzial dank geringer Größe, Kosten und wenig Stromverbrauch
Nanjing, PTE, 23. Juni 2023
Forscher der Nanjing University of Posts and Telecommunications
haben ein bahnbrechendes photonisches Integrationsschema mit aktiv passiven Funktionen entwickelt. Dabei handelt es sich um einen integrierten photonischen #Schaltkreis #Chip. Den Bericht dazu haben die Wissenschaftler kürzlich in »Advanced Photonics Nexus« publiziert.
Alle Elemente, eine Struktur
So kombiniert der Chip eine #Lichtquelle mit einem Modulator, einer #Photodiode, die Licht in elektrischen Strom umwandelt, einem Wellenleiter als Kanal, durch den sich das Licht bewegt sowie einem Y Verzweigungssplitter. Alle Bestandteile basieren auf einer Galliumnitrid (GAN) auf Silizium Plattform. Dadurch, dass alle aktiven Bauelemente auf derselben ultravioletten INGAN/AIGAN #Multiple Quantum Well (MQW) Struktur aufgebaut sind, reduzieren sich die Herstellungskomplexität und Herstellungskosten erheblich.
Um ihr Konzept zu realisieren, haben die Forscher den integrierten photonischen Schaltkreis auf der Grundlage der GAN on #Silicon Plattform entwickelt, wobei sie III Nitrid Epitaxieschichten verwendeten, die durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung aufgewachsen sind. Der monolithische Top down Ansatz baut III Nitrid Sender, Modulatoren, Wellenleiter, Strahlteiler, Empfänger und Monitore auf einem konventionellen GAN on #Silizium #Wafer auf und erfordert kein #Regrowth oder #Postgrowth #Doping.
Datenübertragung mit #Licht
Die Forscher charakterisierten den resultierenden Chip umfassend aus verschiedenen Blickwinkeln, um die Effektivität dieses innovativen photonischen Integrationsschemas zu validieren. Die wichtigsten Ergebnisse zeigen: Eine höhere Sperrvorspannung am Modulator führt zu mehr Lichtabsorption, die durch Änderungen des Absorptionskoeffizienten verursacht wird. Dieser ausgeprägte Modulationseffekt spiegelt sich in den #Fotostrom Änderungen des Empfängers wider. Das Testsystem zeigt ein vernachlässigbares Übersprechen.
Die Isolierung zwischen Lichtquelle und Modulator auf demselben #Wellenleiter, die durch die Trennung der p-Kontaktschichten erreicht wurde, hat sich als ausreichend für eine optimale Systemleistung erwiesen. Das System überträgt und verarbeitet erfolgreich Daten mithilfe von Licht. Durch den Einsatz direkter und indirekter Modulationen innerhalb eines einzigen Lichtweges, konnten die Forscher zwei Arten von Daten zugleich übertragen oder die Datenübertragung eines Modulationssignals mit einer anderen Modulation verschlüsseln.
»Mit weiteren Fortschritten bei der III Nitrid -#Ätzgenauigkeit hat das vorgeschlagene Integrationsschema ein enormes Potenzial als wettbewerbsfähige Lösung für die photonische Integration der nächsten Generation«, so Hauptautor Yongjin Wang. Dies gelte insbesondere für die Sensorik, in der hohe Integrationsdichte keine kritische Anforderung darstelle. Im Bereich der #Photonik bietet die Integration diverser optischer Bauelemente auf einem einzigen Substrat große Chancen für zahlreiche Anwendungen. Dieser revolutionäre Ansatz der photonischen Integration hat große Vorteile wie geringere #Größe, #Kosten und #Stromverbrauch.
