(а) — Схематическое изображение устройства.
(b) — Принципиальная схема гетерогенного интегрального когерентного приемопередатчика TFLN. 
(c), (d) — Микроскопические изображения устройства после травления n-меза и p-меза, микроскоп (e) и СЭМ (f) изображения устройства. 
Авторы и права: Чао Вэй, Южэнь Юй, Цзыюнь Ван, Линь Цзян, Чжунмин Цзэн, Цзя Е, Сихуа Цзоу, Вэй Пан, Сяоцзюнь Се и Ляньшань Янь.

Благодаря своему высокому электрооптическому коэффициенту и широкому окну прозрачности ниобат лития (LN) стал привлекательным фотонным материалом. Технология тонкопленочного ниобата лития (TFLN) обеспечивает жесткое ограничение мод и высокую нелинейную эффективность.

На платформе TFLN реализованы различные компактные интегрированные фотонные устройства, такие как компактные высокопроизводительные модуляторы, устройства управления поляризацией и широкополосные гребенчатые источники частот. Однако присущая ниобату лития сложность в реализации источников света и фотодетектора представляет собой проблему для интегрированной фотонной платформы TFLN. Встроенный высокопроизводительный фотодетектор, являющийся важным оптоэлектронным компонентом, жизненно важен для фотонных интегрированных чипов TFLN.

В новой статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, исследовательская группа под руководством профессора Сяоцзюня Се и Ляньшаня Яня из ключевой лаборатории фотонно-электрической интеграции и конвергенции коммуникационного зондирования Школы информационных наук и технологий Юго-Западного университета Цзяотун, Китай, сообщил о высокоскоростных и высокочувствительных модифицированных фотодиодах с однонаправленным носителем, гетерогенно интегрированных на платформе TFLN. Устройство имеет полосу пропускания 3 дБ на частоте 110 ГГц и чувствительность 0,4 А/Вт на длине волны 1550 нм.

Процесс изготовления был инициирован сухим травлением волноводов и пассивных устройств ЛН. Для формирования мезы устройства был использован подход гибридного травления. После нанесения металлического покрытия и снятия стружку нарезали кубиками и полировали. Структура эпитаксиального слоя, геометрия волновода LN и геометрия контактной площадки CPW были оптимизированы для достижения как широкой полосы пропускания, так и высокой чувствительности.

(a) пластина TFLN с заранее определенным волноводом и пассивными компонентами, 
(b) голая пластина InP/InGaAs, 
(c) пластина InP/InGaAs и соединение пластин TFLN, 
(d) Удаление подложки пластины InP/InGaAs, 
(e) N mesa сухое травление, 
(f) сухое травление P mesa, 
(g) основа SU-8 для площадки CPW и (h) гальваническое покрытие металла и отрыв.
Авторы и права: Чао Вэй, Южэнь Юй, Цзыюнь Ван, Линь Цзян, Чжунмин Цзэн, Цзя Е, Сихуа Цзоу, Вэй Пан, Сяоцзюнь Се и Ляньшань Янь.

(а) измеренная (синий круг) и смоделированная (черная пунктирная линия) чувствительность устройств различной длины. 
(b) Пропускная способность, ограниченная по времени прохождения (синяя сплошная линия), полоса пропускания, ограниченная RC (красная сплошная линия), общая полоса пропускания (черная пунктирная линия) и измеренная полоса пропускания устройств с различными активными областями (черный круг). 
(c) Измеренные коэффициенты ошибок по битам (BER) в зависимости от полученной оптической мощности для сигнала PAM4 со скоростью 32 Гбод. 
(d) Глазковые диаграммы и измеренные формы сигнала PAM4 со скоростью 10, 20 и 32 Гбод. 
Авторы и права: Чао Вэй, Южэнь Юй, Цзыюнь Ван, Линь Цзян, Чжунмин Цзэн, Цзя Е, Сихуа Цзоу, Вэй Пан, Сяоцзюнь Се и Ляньшань Янь.

Для дальнейшей оценки производительности устройств команда применила их к системе передачи данных и успешно обнаружила сигналы PAM4 со скоростью 32 Гбод с высоким качеством. Показано, что гетерогенно интегрированные фотодиоды на платформе TFLN имеют потенциал для применения в высокоскоростных системах передачи нового поколения.

Эта работа прокладывает путь к созданию крупномасштабных, многофункциональных и высокопроизводительных фотонных интегральных схем TFLN. Более того, он обещает создать сверхвысокоскоростную оптическую связь, высокопроизводительную интегрированную микроволновую фотонику и многофункциональную интегрированную квантовую фотонику.