Browsing by Author "Kaschel, Mathias"

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Open Access
Germanium-Photodetektoren mit Doppel-Hetero-Übergängen für die optische Übertragung auf einem Silizium-Chip
(2014) Kaschel, Mathias; Schulze, Jörg (Prof. Dr.)
In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung von Germanium-Photodetektoren für die optische Übertragung auf einem Silizium-Chip besprochen. Die Detektoren besitzen eine p-i-n-Struktur mit zwei Hetero-Übergängen. Da die RC-Zeitkonstante die Geschwindigkeit der Detektoren beschränkt, werden die Kapazität und der Serienwiderstand optimiert. Zusammen mit der Trennungsgeschwindigkeit der generierten Ladungsträger beschreibt die RC-Zeitkonstante die elektro-optische Übertragungsgeschwindigkeit. Die Bauteilschichten werden mit der Molekularstrahlepitaxie bei tiefen Temperaturen in einem fortlaufenden Prozess abgeschieden, der eine gute Dickenkontrolle, kleine Defektdichte und scharfe Dotierprofile erlaubt. Für das nahezu defektfreie Wachstum der Germanium-Schichten auf Silizium-Substraten wird ein virtuelles Substrat entwickelt. Die Photodetektoren werden mit zwei Ätzschritten des Doppel-Mesa-Prozesses hergestellt. Die Entwicklung des virtuellen Substrates und die Einführung der Hetero-Übergänge verbessern die elektro-optischen Eigenschaften der Germanium-Detektoren. Dazu kann die direkte Bandkante von Germanium durch die Beimischung von Zinn oder eine Zugverspannung in der Absorptionsschicht zu kleineren Energien verschoben werden. Die 3dB-Grenzfrequenz beträgt 39 GHz bei 0 V und 49 GHz bei -2 V angelegter Spannung. Mit dem beobachteten Franz-Keldysh-Effekt können Absorptionsmodulatoren hergestellt werden. Ein Prozess für den Wellenleiter-Detektor mit evaneszenter Kopplung an den Wellenleiter wird mit einem Ätzschritt und differentieller Molekularstrahlepitaxie entwickelt. Zum Abschluss wird kurz der integrierte Germanium-Emitter vorgestellt, der an der direkten Bandkante von Germanium ein Maximum im Elektrolumineszenz-Spektrum aufweist.
Open Access
Integrated optoelectronic devices using lab‐on‐fiber technology
(2022) Ricciardi, Armando; Zimmer, Michael; Witz, Norbert; Micco, Alberto; Piccirillo, Federica; Giaquinto, Martino; Kaschel, Mathias; Burghartz, Joachim; Jetter, Michael; Michler, Peter; Cusano, Andrea; Portalupi, Simone Luca
Silica fibers are nowadays cornerstones in several technological implementations from long‐distance communication, to sensing applications in many scenarios. To further enlarge the functionalities, the compactness, and the performances of fiber‐based devices, one needs to reliably integrate small‐footprint components such as sensors, light sources, and detectors onto single optical fiber substrates. Here, a novel proof of concept is presented to deterministically integrate optoelectronic chips onto the facet of an optical fiber, further implementing the electrical contacting between the chip and fiber itself. The CMOS‐compatible procedure is based on a suitable combination of metal deposition, laser machining, and micromanipulation, directly applied onto the fiber tip. The proposed method is validated by transferring, aligning, and bonding a quantum‐well based laser on the core of a multimode optical fiber. The successful monolithic device integration on fiber shows simultaneously electrical contacting between the laser and the ferrule, and 20% light in‐coupling in the fiber. These results pave new ways to develop the next generation of optoelectronic systems on fiber. The technological approach will set a new relevant milestone along the lab‐on‐fiber roadmap, opening new avenues for a novel class of integrated optoelectronic fiber platforms, featuring unrivaled miniaturization, compactness, and performances levels, designed for specific applications.