SOI-Wellenleiter und -Komponenten auf Basis von amorphem und polykristallinem Silizium

Die Silizium-Photonik hat sich in den letzten Jahren stark entwickelt. Über die Realisierung von amorphen SOI (Silicon-on-Insulator)-Wellenleitern mit dem Ziel, die Kosten für optische Systeme zu senken und die Flexibilität in unterschiedlichen optischen Anwendungen zu erhöhen ist bisher allerdings nur vereinzelt berichtet worden. Gegenüber SOI ist die Verwendung von amorphem oder polykristallinem Silizium zur Herstellung optischer Wellenleiter und Systeme nicht nur kostengünstiger, sondern bietet auch Vorteile aufgrund der Kombinierbarkeit mit anderen Substrat- und Wellenleitermaterialien.

Für die Herstellung solcher Wellenleiter wird hydrogenisiertes amorphes Silizium (a-Si:H) im PECVD-Verfahren aus Monosilan (SiH₄) auf oxidiertem Silizium abgeschieden, um daraus integriert-optische Wellenleiter herzustellen.

Durch die Integrierbarkeit dieser optischen Komponenten mit den Prozessen der Mikroelektronik existiert zudem die Perspektive hoch-kompakte elektronische und optische Komponenten auf einem gemeinsamen Substrat realisieren zu können. Dadurch wird eine Anwendung optischer Verbindungen in der Mikroelektronik erheblich vereinfacht, da alle Standardprozesse zur Herstellung der integrierten Schaltungen in Art und Reihenfolge erhalten bleiben und die optischen Verbindungen erst im letzten Schritt im „Back-End“-Verfahren ergänzt werden.

Inhalte des Projektes sind daher die Optimierung der Abscheide- und Strukturierungsprozesse durch die Charakterisierung der Materialeigenschaften sowie die Herstellung von integriert-optischen Wellenleiterstrukturen, wie Kopplern, , Mach-Zehnder-Interferometern (Abbildung 1), Tapern (Abbildung 2), Modulatoren und Resonatoren. Dabei soll insbesondere die Nanoimprint-Lithografie als besonders kostengünstiges Verfahren zur Erzeugung von Sub-Mikrometerstrukturen, zum Einsatz kommen.

Abbildung 1: Mach-Zehnder interferometer (MZI) aus amorphem Silizium                                  

Abbildung 2: 3D-Taper über a-Si:H "photonic wire" -Wellenleitern abgeschieden 

Kontakt:

Timo Lipka

Förderung: 

Gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

 Veröffentlichungen:

• A. Harke, M. Krause, J. Müller, Low-loss singlemode amorphous silicon waveguides, Electronics Letters, vol. 41 no. 25, 2005, pp. 1377-1379

• A. Harke, T. Lipka, J. Amthor, O. Horn, M. Krause, J. Müller, Amorphous silicon 3D-tapers for Si photonic wires fabricated with shadow masks, IEEE PTL, vol.20 no.17, 2008, pp. 1452-1454

• T. Lipka, A. Harke, O. Horn, J. Amthor, J. Müller, Amorphous Waveguides for High Index Photonic Circuitry, OFC/NOEFC, 2009