Verlustarme optische Systeme mit polarisationsunabhängigen SOI-Wellenleitern und Koppelstrukturen für die Kommunikations- und Messtechnik

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Jörg Müller
• Subject Area: Microsystems ; Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2006 to 2012
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 15008671

• Final Report Year: 2009

Final Report Abstract

Im Rahmen des Vorhabens wurde ein Messplatz aufgebaut, der die Anforderungen erfüllt, welche die sehr kleinen Querschnitte der Siliziumnanowires erfordern. Insbesondere ist hierbei die Temperaturstabilisierung zu nennen, welche auch eine mechanische Stabilisierung ermöglicht. Es wurden vier verschiedene Wellenleiterherstellungsmethoden untersucht, bei denen die Anforderungen an die Lithografieauflösung mit der eingesetzten Kontaktlithografie erreicht werden konnten. Es stellte sich dabei heraus, dass die Methode der SiO2 Abscheidung zur Verringerung einer Oxidation der Oberseite des Wellenleiters verlustarme (2db/cm) und dazu noch für die Weiterprozessierung (ZnO, Vorhaben M3) geeignete Nanowires erzeugt. Dazu wurden 3dB-Koppler durch MMIs erzeugt, welche prozesskompatibel mit der thermischen Oxidation sind. Hieraus sind MZI aufgebaut worden, die in diesem und dem Vorhaben M3 eingesetzt werden. Eine verbesserte Einkopplung ermöglichen Polymerwellenleiter in Kombination mit inversen Tapern, wobei die Querschnittsverringerung durch den Oxidationsprozess die hierfür benötigten sehr dünnen (wenige 10nm) Spitzen erzeugen kann. Die selektive Entfernung des Oxidmantels ermöglicht die elektrische Kontaktierung der Wellenleiter von der Seite, was ein wesentlicher Bestandteil der Verwendung von ZnO als elektrooptisches Material ist. Der elektrische Kontakt von ZnO und pdotierten Silizium ergibt eine Diodencharakteristik. Die starke thermooptische Verstimmung der Wellenleiter wird in dem Vorhaben M3 verwendet. Eine große Anzahl von freien Ladungsträgern wurde mit einem violetten Laser (405nm) in der dünnen Siliziumschicht und den ebenso dünnen Wellenleitern erzeugt. Dies ermöglichte die Ladungsträgerlebensdauern durch eine direkte elektrische Vermessung der Siliziumschicht und die optische Messung durch das Verstimmen eines MZIs. Die Lebensdauern nehmen durch die erhöhte Oberflächenrekombination ab.

Publications

• Amorphous Silicon Spot-Size Converters Fabricated with a Shadow Mask; 5th International Conference on Group IV Photonics ; Sorrento, Italy, 17-19 September (Paper ThP 23; pp 311-313)
  T. Lipka, A. Harke, O. Horn, J. Amthor, J. Müller, M. Krause
  
• Silicon Photonic Wires Using Contact Lithography; 5th International Conference on Group IV Photonics; Sorrento, Italy, 17-19 September (Paper ThP5; pp 259-261)
  O. Horn, J. Mueller, T. Lipka, J. Amthor
  
• The Elasto-Optic and the Thermo-Optic Effect in Silicon Nanowires; 5th International Conference on Group IV Photonics ; Sorrento, Italy, 17-19 September (Paper ThP7; pp 265-267)
  J. Amthor, O. Horn, T. Lipka, J. Mueller
  
• Amorphous Silicon 3-D Tapers for Si Photonic Wires Fabricated With Shadow Masks; IEEE Photonics Technology Letters, vol. 20, no. 17; September 1, 2008
  A. Harke, T. Lipka, J. Amthor, O. Horn, M. Krause, and J. Müller
  
• Fabrication of Silicon Photonic Wires Using Contact Lithography and Thermal Oxidation; Workshop on Tunable and Active Silicon Photonics; Hamburg, Germany, 28-30 September (Paper Su7), (2008)
  O. Horn, J. Amthor, T. Lipka, J. Mueller
  
• Optical Components fabricated with Amorphous Silicon; Workshop on Tunable and Active Silicon Photonics; Hamburg, Germany, 28-30 September (Paper Su6), (2008)
  T. Lipka, O. Horn, J. Amthor, J. Mueller
  
• Thermo-optic and Elasto-optic Tuning of Silicon Nanowires; Workshop on Tunable and Active Silicon Photonics; Hamburg, Germany, 28-30 September (Paper Su8), (2008)
  J. Amthor, O. Horn, T. Lipka, J. Mueller
  
• Amorphous silicon as high index photonic material; SPIE Europe Microtechnologies for the New Millennium; Dresden; Germany, 2009
  T. Lipka, O. Horn, J. Amthor, J. Mueller
  
• Amorphous waveguides for high index photonic circuitry; OFC/NFOEC 2009; San Diego, USA, 2009
  T. Lipka, A. Harke, O. Horn, J. Amthor, J. Mueller
  
• Thermo-optic and Elasto-optic Tuning of Silicon Nanowires; SPIE Europe Microtechnologies for the New Millennium; Dresden; Germany, 2009
  J. Amthor, O. Horn, T. Lipka, J. Mueller
  
• Tunable Silicon Photonic Wires Fabricated by Contact Lithography and Thermal Oxidation; SPIE Europe Microtechnologies for the New Millennium; Dresden; Germany, 2009
  O. Horn, J. Amthor, T. Lipka, J. Mueller