Sputteraluminiumnitrid-Wellenleiter erreichen niedrigste Ausbreitungsdämpfung im Telekommunikationsspektrum
Eine Kooperation zwischen der AMO GmbH und dem Fraunhofer IAF zeigt das Potenzial von sputterbeschichtetem Aluminiumnitrid für photonische Anwendungen im Telekommunikationsspektrum.
Das optimierte sputterbeschichtete AlN wurde zur Herstellung von Wellenleitern mit unterschiedlichen Geometrien verwendet, die für die C- und O-Telekommunikationsbänder optimiert wurden.
Aluminiumnitrid (AlN) entwickelt sich zu einem hervorragenden Material für photonische Wellenleiteranwendungen. Die besten Ergebnisse wurden bisher mit AlN erzielt, das durch metallorganische chemische Gasphasenabscheidung (MOCVD) gewachsen wurde, während gesputtertes AlN bisher mit höheren optischen Verlusten zu kämpfen hatte. Forscher der AMO GmbH und des Fraunhofer IAF haben nun mit der erfolgreichen Herstellung von gesputterten Aluminiumnitrid-Wellenleitern mit bisher unerreicht niedrigen Ausbreitungsverlusten einen wichtigen Meilenstein erreicht. Die in Optics Express veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass gesputtertes AlN nun eine wettbewerbsfähige Option für photonische Anwendungen im Spektrum der Telekommunikation ist.
Ermöglicht wurde dieser Durchbruch durch die Kombination des Know-hows des Fraunhofer IAF in der Abscheidung hochwertiger gesputterter AlN-Schichten mit den hochentwickelten Fertigungs- und Testmöglichkeiten für Wellenleiter der AMO GmbH. Durch reaktives DC-Magnetronsputtern bei 700 °C wurde eine hochoptimierte polykristalline AlN-Schicht auf einem oxidierten Siliziumsubstrat abgeschieden und damit die traditionellen Einschränkungen gesputterter Schichten überwunden. Die Filme wurden anschließend zur Herstellung von unbeschichteten AlN-Wellenleitern mit unterschiedlichen Geometrien für die C- und O-Bänder der Telekommunikation verwendet.
Die Wellenleiter zeigten Ausbreitungsverluste von nur 0,137 dB/cm bei 1310 nm und 0,154 dB/cm bei 1550 nm in TE-Polarisation – die niedrigsten Verluste, die jemals für gesputterte AlN-Wellenleiter in Telekommunikationsbändern gemessen wurden. Diese Ergebnisse sind vergleichbar mit denen von AlN-Wellenleitern, die mit MOCVD-AlN hergestellt wurden, bieten aber die zusätzlichen Vorteile einer auf Sputtern basierenden Fertigungstechnologie, wie niedrigere Abscheidungstemperaturen, geringere Kosten und eine breitere Substratkompatibilität.
„Diese Ergebnisse stellen einen bedeutenden Fortschritt in der integrierten Photonik dar“, sagte Dr. Stephan Suckow, Leiter der Nanophotonik-Gruppe bei der AMO GmbH. „Unser Erfolg mit gesputtertem AlN zeigt nicht nur seine Eignung für verlustarme Wellenleiter in der Telekommunikation, sondern unterstreicht auch sein Potenzial für eine skalierbare, kostengünstige Herstellung integrierter photonischer Bauelemente – ohne die Notwendigkeit von Saphirsubstraten wie bei der MOCVD.
Diese Forschung wurde vom deutschen Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Projekts ATIQ unter den Förderkennzeichen 13N16116 und 13N16130 gefördert.
Bibliographische Informationen
“Sputtered aluminum nitride waveguides for the telecommunication spectrum with less than 0.16 dB/cm propagation loss”
Radhakant Singh, Mohit Raghuwanshi, Balasubramanian Sundarapandian, Rijil Thomas, Lutz Kirste, Stephan Suckow, and Max C. Lemme
Optics Express 32, 46522 (2024)
https://doi.org/10.1364/OE.538852
