CC BY
15ВКВО-2023- РАДИОФОТНИКА И ФИС
СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ В ФОТОННЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
Пшеничнюк И.А. *, Фарук М., Драчев В.П.
Сколковский институт науки и технологий, г. Москва * E-mail: i.pshenichnyuk@skoltech.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-95-95
Развитие интегральной фотоники требует разработки компактных источников света интегрированных непосредственно в чип. Ввод света через дифракционные решетки и тейперы, часто используемый в лабораториях, не является оптимальным с точки зрения приложений и коммерциализации. В данный работе мы представляем теоретический подход, позволяющий оптимизировать процесс интеграции светоизлучающих гетероструктур на чип.
Для создания интегрированного источника света, поверх стандартной пластины КНИ (может использоваться как кремний, так и нитрид кремния), служащей основой для фотонного чипа, напыляются дополнительные светоизлучающие слои. В схеме, изображенной на Рис. 1, к примеру, используется широко известный светодиодный сэндвич на основе InGaN. При подаче напряжения на контакты структура начинает излучать. Суть задачи состоит в том, чтобы перевести излучение в волноводную моду, распространяющуюся в толще пластины КНИ, с максимальной эффективностью. Процесс оптимизации предполагает подбор материалов и геометрии слоев с учетом распределения профиля люминесценции в пространстве.
contact
p-AIN p-AIGaN
InGaN«- -jt-
contact ri-AIGaN contact
n-AIN
ShN*
SiOz
Рис. 1. Пример схемы интеграции источника света в фотонную схему
Расчетная модель, необходимая для разработки интегральных источников, должна описывать как электронную, так и оптическую подсистемы [1,2]. В нашей работе динамика плотности распределения электронов и дырок в светоизлучающем сэндвиче моделируется с помощью системы полупроводниковых уравнений дрейфа-диффузии. Полученные профили плотности позволяют рассчитать пространственное распределение интенсивности излучения. Данная информация используется для параметризации источника в уравнениях Максвелла. Численное решение последних позволяет рассчитать распределение электромагнитного поля в структуре и оценить долю энергии, перешедшую в кремниевый волновод. Итеративное применение схемы позволяет подобрать оптимальные параметры материалов и геометрию.
В нашем докладе обсуждаются различные нюансы, возникающие при расчете параметров интеграции. Например, сложности, связанные с потенциально большим различием эффективных индексов конвертируемых мод. Подобные расхождения могут стать причиной исчезающе малой эффективности интегральных источников. Предлагаются различные решения. Представлена оптимизированная модель, подготовленная для экспериментальной верификации в лаборатории.
Литература
1. Rosencher E., et al, Optoelectronics, Cambridge University Press (2004)
2. Piprek J., et al, Handbook of Optoelectronic Device Modeling & Simulation, CRC Press (2018)
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
www.fotonexpres.rufotonexpress@mail.ru 95
