180Gbit/s的高效率氮化硅波导耦合锗光电探测器

  “光电探测器是现代通信和在线服务的速度极度依赖的超快光子器件之一，理想的光电探测器满足高量子效率、低暗电流、宽输入功率动态范围、单通道高达100Gbit/s。中国信息通信科技集团有限公司CICT提出的硅上锗光电二极管架构，使用与锗吸收区平行的氮化硅波导，使光电探测器的响应度增加近两倍，传输速率高达180 Gbit/s”

  在信息时代，我们所享受的即时通信和在线服务，依赖超快硅光子器件的发展。硅光子学是量子通信、相干通信和数据中心的关键技术，硅光子器件实现了高吞吐的光信号传输与转换。其中，硅光子光电探测器将接收到的光信号转换成电信号。随着信息流量的持续增加，迫切需要小型化、高速、高效率的光电探测器。

  理想的光电探测器应要有高量子效率、低暗电流、宽输入功率动态范围、单通道高达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，而锗(Ge)材料具有大吸收系数，具有优异的光电特性。近日，中国信息通信科技集团有限公司CICT的Xi Xiao等人在Optics Letters，发表了题为“180 Gbit/s Si3N4-waveguide coupled germanium photodetector with improved quantum efficiency”的研究结果，报道了一种高量子效率的高速氮化硅波导耦合锗光电探测器。

  Si3N4波导耦合光电探测器示意图

  该工作在商用90纳米硅光子工艺平台上完成，通过将锥形氮化硅波导和底部硅之间的间距减小到200纳米，并将氮化硅的厚度减小到300纳米，显著改善量子效率。在1550纳米波长的光电响应的实验结果是0.61安/瓦，以及高达180Gbit/s的四电平脉冲幅度调制，是迄今为止所报道的最高数据速率。

眼图：3.3V偏置条件下测量的150、160、170和180 Gbit/s

  该研究被OSA选为焦点工作，Periklis Petropoulos在焦点总结(Spotlight Summary )中指出：“……研究一种硅上锗光电二极管架构，它能够以极高的速度工作，同时又实现高效率，它使用与锗吸收区平行的氮化硅波导，确保光生载流子的均匀分布，……，这是一个重大的结果，进一步推动了芯片上最快元件的竞争!”

  参考文献：

  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