Ein Forschungsteam der Singapore University of Technology and Design (SUTD) und des A*STAR Institute of Microelectronics hat einen neuen Siliziumnitrid-Wellenleiter entwickelt. Durch den Einsatz des Wasserstoffisotops Deuterium können die Komponenten auf einem 8-Zoll-Wafer bei niedrigen Temperaturen produziert werden. Dies ermöglicht eine großflächige Herstellung mit etablierten Halbleiterverfahren.

Das Ziel der Forschung ist es, Superkontinuum-Lichtquellen kompakter und energieeffizienter zu gestalten. Diese werden für die medizinische Bildgebung, präzise Messverfahren und optische Frequenzkämme benötigt. Bisherige Systeme basieren oft auf Glasfasern, die viel Platz benötigen und schwer mit anderen Chip-Komponenten kombinierbar sind.

Bei herkömmlichen Verfahren mit Siliziumnitrid absorbiert Wasserstoff im Material Licht in wichtigen Telekommunikationswellenlängen. Um dies zu verhindern, sind bisher Temperaturen von bis zu 1200 Grad Celsius nötig, was zu Materialspannungen führen kann. Durch den Ersatz von Wasserstoff durch Deuterium verschiebt sich das Absorptionsmaximum auf etwa 2,1 Mikrometer. Ein 800 Nanometer dicker Film konnte so bei weniger als 400 Grad Celsius aufgebracht werden.

Der entwickelte Wellenleiter weist folgende Merkmale auf:

• Lichtverlust von lediglich 0,54 Dezibel pro Zentimeter.
• Spektraler Erweiterungsbereich von 587 bis 1883 Nanometern bei Tests mit Infrarotpulsen.
• Spektrale Kohärenz von über 0,81 bei moderaten Pulsenergien.

Die Forscher planen als nächsten Schritt die Optimierung der Wellenleiterlänge und -gestaltung sowie die Integration von Modulatoren und Detektoren auf einem Chip.