GeSn Waveguide Photodetectors with Vertical p–i–n Heterostructure for Integrated Photonics in the 2 μm Wavelength Band

光探测 光电子学 光电探测器 光子学 响应度 材料科学 波长 波导管 异质结 光学 物理
作者
Cheng-Hsun Liu,Radhika Bansal,Chenwei Wu,Yue‐Tong Jheng,Guo‐En Chang
出处
期刊:Advanced photonics research [Wiley]
卷期号:3 (7) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adpr.202100330
摘要

The 2 μm wavelength band (1800–2100 nm) emerges as a promising candidate for next‐generation optical communication. As a result, silicon photonic platforms acquire great interest since they offer the ultimate minimization of photonic systems for 2 μm band applications. However, the large bandgap and indirectness of the band structure of the conventional SiGe alloy prevent their utilization for efficient photodetection in the 2 μm wavelength band. To overcome this drawback, complementary metal‐oxide semiconductor (CMOS)‐compatible GeSn waveguide photodetectors (WGPDs) with a vertical p – i – n heterojunction configuration that can operate in the 2 μm wavelength band is demonstrated. The proposed photodetector incorporates 5.28% Sn into the GeSn active layer, which redshifts the photodetection range to 2090 nm. In addition, the longer light–matter interaction length and good optical confinement of the proposed GeSn WGPD enhance the optical responses significantly. As a result, the proposed GeSn WGPD achieves a responsivity up to 0.52 A W −1 and a detectivity up to 7.9 × 10 8 cm Hz ½ W −1 in the 2 μm wavelength band at room temperature. These promising results indicate that the developed GeSn WGPDs are promising candidates for integrated photonics in the 2 μm wavelength band.

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