Siliziumphotonik

Warum wird in Silizium-Photonikschaltungen Germanium (Ge) häufig für Photodetektoren bei Telekommunikationswellenlängen eingesetzt?

  1. AWeil es ein Material mit direktem Bandübergang ist und sich neben dem Photodetektor auch als effizienter Laser nutzen lässt
  2. BWeil es Licht im 1,31-µm- und 1,55-µm-Band absorbieren kann und sich durch Kristallwachstum auf Silizium leicht in CMOS-Fabriken integrieren lässt
  3. CWeil seine Bandlücke größer als die von Silizium ist und kaum Dunkelstrom fließt
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Antwort: B. Weil es Licht im 1,31-µm- und 1,55-µm-Band absorbieren kann und sich durch Kristallwachstum auf Silizium leicht in CMOS-Fabriken integrieren lässt

Silizium kann Licht mit Wellenlängen über etwa 1,1 µm nicht absorbieren; für den Empfang bei Telekommunikationswellenlängen ist daher ein Material nötig, das Licht geringerer Energie absorbiert. Ge hat zwar einen indirekten Bandübergang, doch die direkte Bandlücke liegt mit etwa 0,8 eV nahe daran, sodass es bis etwa 1,55 µm stark absorbiert. Ein großer Vorteil ist, dass es wie Si ein Element der Gruppe IV ist, sich selektiv epitaktisch auf Si abscheiden lässt und mit den Anlagen einer CMOS-Fabrik verarbeitet werden kann. InGaAs-Photodetektoren sind leistungsfähig, lassen sich aber nur schwer direkt auf Silizium herstellen. Die Bandlücke von Ge (etwa 0,66 eV) ist kleiner als die von Si, und der Dunkelstrom ist eher größer.

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