Siliziumbasierte Hybridtechnologien zur Verbesserung optischer und elektrischer Anwendungen
Optische Netze (bei denen Licht zur Datenübertragung verwendet wird) finden in der Telekommunikation, der Elektronik und bei anderen neuen Technologien großflächigen Einsatz. Eine besondere Priorität auf diesem Gebiet ist die Nachfrage nach einer höheren Funktionalität bei immer kleiner werdenden Abmessungen der Geräte. Dies bedeutet, dass die optischen Komponenten komplexer und gleichzeitig kompakter sein müssen. Eine Reduzierung der Herstellungskosten ist ein anderes vorrangiges Kriterium auf diesem stark umkämpften Marktsegment. Eine Gruppe von europäischen Forschern hat im Rahmen des Projekts Mephisto ("Merger of Electronics and Photonics using Silicon based Technologies") zusammengearbeitet, um diese Zielsetzung zu erreichen. Während des vier Jahre dauernden Projekts, das 2008 endete, entwickelten sie im SOI-Verfahren (Silizium-auf-Isolator) neue hybride Plattform-Konzepte, welche optische, optoelektronische und elektronische Funktionen abdecken. Das SOI-Verfahren ist für diese Art der Anwendungen geeignet, da hiermit optische Wellenleiter und ähnliche Bauteile mit äußerst unterschiedlichen Abmessungen auf dem Chip untergebracht werden können, und da die Verwendung mit schnellen elektrooptischen Modulatoren möglich ist. Ein weiterer Vorteil ist die Kompatibilität mit CMOS-Technologien (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter), die im Bereich der integrierten Schaltungen umfangreiche Verwendung finden. Die Arbeiten setzten den schnellen Fortschritt, der in den letzten Jahren bei der Verwendung von Verbindungshalbleitern für Telekommunikationsanwendungen gemacht wurde, fort. Diese Materialien eröffnen aktive und passive optische Funktionen für Komponenten und elektronische Bauteile. Bei der herkömmlichen monolithischen Herangehensweise dagegen wird lediglich ein gemeinsames Material für verschiedene Bauteile, die integriert werden sollen, verwendet. Durch die hybride Integration können verschiedene Chips unter Verwendung von Herstellungsverfahren auf Mikro- und Nanoebene auf einer Platte mit optischen Wellenleitern angebracht werden, wobei verschiedene Materialtechnologien zur Optimierung der Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit Anwendung finden. Das Projektteam entwickelte und demonstrierte unter Verwendung dieser neuen Materialtechnologien einen neuen Laser mit verteilter Rückkopplung, der einfacher zu installieren und kostengünstiger ist. Ihr Aufbau bietet gegenüber den herkömmlichen Herangehensweisen einige Vorteile, beispielsweise eine geringe Strahldivergenz, eine hohe Anstiegseffizienz, eine hohe Single-Mode-Ausbeute, eine hohe Stabilität und eine überlegene Rückwirkungsempfindlichkeit. Für dieses Lasersystem wurden europäische und deutsche Patente erteilt, zudem erfolgt seine Anwendung in verschiedenen Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Im Henrich Hertz Institut (HHI) in München, hier fand die Projektkoordination statt, wird die während des Mephisto-Projekts entwickelte Anlage als die bevorzugte Laserquelle für die polymere SPS-basierte hybride Integrationstechnologie eingesetzt. Der Projektpartner Freescale entwickelte darüber hinaus eine 10\;Gb/s Lasertreiberschaltung basierend auf der BiCMOS-Technik unter Verwendung von Silizium-Germanium mit niedriger Impedanz. Diese Innovation verfügt über das Potenzial für eine zukünftige Ausnutzung. Das Projekt hat die Kosteneffizienz von SOI-Bauteilen gesteigert und ihre Realisierbarkeit bewiesen, was ihre Verwendung in neuen Anwendungen und durch neue Kunden ermöglicht.
