Direct laser writing of graded-index SiGe waveguides via phase segregation
Direct laser writing of graded-index SiGe waveguides via phase segregation
复制标题
通过相位分离直接激光写入渐变折射率 SiGe 波导
DOI：
10.1117/12.2575437
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Aktas O
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Aktas O
我们报道了在硅衬底外延生长的初始均质硅锗（SiGe）薄膜中，通过相偏析直接激光写入渐变折射率光波导。我们使用连续波（CW）激光器，工作波长为532 nm。激光束聚焦在厚度为575 nm、锗浓度为50%的SiGe薄膜表面直径为5 μm的光斑上。通过熔化表面诱导SiGe膜的成分分离，并在0.1 ~ 200 mm/s范围内控制激光诱导熔融区的扫描速度，从而定制出SiGe膜的成分轮廓。在高扫描速度下，扫描激光束会产生一个移动的富含Ge的熔融区，在那里，由于扩散不足限制了Ge的传输，Ge含量会在后缘积聚。材料表征表明，激光加工的SiGe微条纹由富Ge的条形核心（> 70% Ge）和富si的下包层（<30% Ge）组成。扫描速度相关的相位偏析允许制造具有可调成分剖面的梯度折射率SiGe波导，这些波导通过光学传输测量和模态分析进行了表征。我们的方法也可以应用于具有与SiGe合金相似的平衡相图的三元半导体（AlGaAs）伪二元合金。
We report direct laser writing of graded-index optical waveguides via phase segregation in initially homogenous silicongermanium (SiGe) thin films epitaxially-grown on silicon substrates. We used a continuous wave (CW) laser operating at a wavelength of 532 nm. The laser beam was focused to a 5 μm diameter spot on the surface of SiGe films with a thickness of 575 nm and a Ge concentration of %50. Compositional separation of a SiGe film was induced by melting the surface, and the composition profile was tailored by controlling the scan speed of the laser-induced molten zone in a range of 0.1-200 mm/s. At high scan speeds, scanning the laser beam produces a travelling Ge-rich molten zone, where a build-up of Ge content occurs at the trailing edge because of insufficient diffusion-limited Ge transport. Material characterizations have revealed that the laser-processed SiGe microstripes consist of Ge-rich strip cores (> 70% Ge) surrounded by Si-rich under-claddings (<30% Ge). Scan-speed dependent phase segregation allows for fabrication of graded-index SiGe waveguides with tunable compositional profiles, which were characterized by optical transmission measurements, and modal analysis using simulations. Our method could also be applied to pseudo-binary alloys of ternary semiconductors (AlGaAs), which have equilibrium phase diagrams similar to that of SiGe alloys.
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