Absorption by mid-bandgap states in polysilicon or heavily implanted silicon has been previously utilized to implement guided-wave infrared photodetectors in CMOS compatible photonic platforms. Here, we demonstrate a resonant guided-wave photodetector based on the polysilicon layer that is used for the transistor gate in a microelectronic SOI CMOS process without any change to the foundry process flow (“zero-change” CMOS). Through a combination of doping mask layers, a lateral pn junction diode in the polysilicon is demonstrated with a strong electric field to enable efficient photo-carrier extraction and high-speed operation. This photodetector has a responsivity of more than 0.14 A/W from 1300 to 1600 nm, a 10 GHz bandwidth, and 80 nA dark current at 15 V reverse bias.

1.
See http://www.ethernetalliance.org/roadmap for Ethernet roadmap for >2020.
2.
R.
Yadav
,
J. Opt. Commun. Networking
4
,
B124
(
2012
).
3.
C.
Sun
,
M.
Wade
,
Y.
Lee
,
J. S.
Orcutt
,
L.
Alloatti
,
M. S.
Georgas
,
A. S.
Waterman
,
J. M.
Shainline
,
R. R.
Avizienis
,
S.
Lin
,
B. R.
Moss
,
R.
Kumar
,
F.
Pavanello
,
A. H.
Atabaki
,
H. M.
Cook
,
A. J.
Ou
,
J. C.
Leu
,
Y.-H.
Chen
,
K.
Asanović
,
R. J.
Ram
,
M. A.
Popović
, and
V. M.
Stojanović
,
Nature
528
,
534
(
2015
).
4.
See http://www.top500.org for top 10 supercomputers.
5.
O.
Takahashi
,
C.
Adams
,
D.
Ault
,
E.
Behnen
,
O.
Chiang
,
S. R.
Cottier
,
P.
Coulman
,
J.
Culp
,
G.
Gervais
,
M. S.
Gray
, and
Y.
Itaka
, in
Tech. Dig. - International Solid-State Circuits Conference
(ISSCC,
2008
), Paper No. 86.
6.
J. S.
Orcutt
,
B.
Moss
,
C.
Sun
,
J.
Leu
,
M.
Georgas
,
J.
Shainline
,
E.
Zgraggen
,
H. Q.
Li
,
J.
Sun
,
M.
Weaver
,
S.
Urosevic
,
M.
Popovic
,
R. J.
Ram
, and
V.
Stojanovic
,
Opt. Express
20
,
12222
(
2012
).
7.
J.
Notaros
and
M.
Popović
, in
Optical Fiber Communication Conference
(OSA, 2015), Paper No. Th3F.2.
8.
L.
Alloatti
,
D.
Cheian
, and
R. J.
Ram
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
131101
(
2016
).
9.
L.
Alloatti
,
S. A.
Srinivasan
,
J. S.
Orcutt
, and
R. J.
Ram
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
041104
(
2015
).
10.
L.
Alloatti
and
R. J.
Ram
,
Appl. Phys. Lett.
108
,
071105
(
2016
).
11.
C.
Sun
,
M.
Wade
,
M.
Georgas
,
S.
Lin
,
L.
Alloatti
,
B.
Moss
,
R.
Kumar
,
A.
Atabaki
,
F.
Pavanello
,
R.
Ram
,
M.
Popovic
, and
V.
Stojanovic
, in
Symposium on VLSI Circuits
(
2015
), pp.
C122
C123
.
12.
H.
Yu
,
D.
Korn
,
M.
Pantouvaki
,
J.
Van Campenhout
,
K.
Komorowska
,
P.
Verheyen
,
G.
Lepage
,
P.
Absil
,
D.
Hillerkuss
,
L.
Alloatti
, and
J.
Leuthold
,
Opt. Lett.
37
,
4681
(
2012
).
13.
R.
Shafiiha
,
D.
Zheng
,
S.
Liao
,
P.
Dong
,
H.
Liang
,
N. N.
Feng
,
B. J.
Luff
,
D.
Feng
,
G.
Li
,
J.
Cunningham
, and
K.
Raj
, in
Optical Fiber Communication Conference
(OSA,
2010
), Paper No. OMI8.
14.
J. K.
Doylend
,
P. E.
Jessop
, and
A. P.
Knights
,
Opt. Express
18
,
14671
(
2010
).
15.
M. W.
Geis
,
S. J.
Spector
,
M. E.
Grein
,
J. U.
Yoon
,
D. M.
Lennon
, and
T. M.
Lyszczarz
,
Opt. Express
17
,
5193
(
2009
).
16.
K. K.
Mehta
,
J. S.
Orcutt
,
O.
Tehar-Zahav
,
Z.
Sternberg
,
R.
Bafrali
,
R.
Meade
, and
R. J.
Ram
,
Sci. Rep.
4
,
4077
(
2014
).
17.
K. K.
Mehta
,
J. S.
Orcutt
,
J. M.
Shainline
,
O.
Tehar-Zahav
,
Z.
Sternberg
,
R.
Meade
,
M. A.
Popovic
, and
R. J.
Ram
,
Opt. Lett.
39
,
1061
(
2014
).
18.
K.
Preston
,
Y. H. D.
Lee
,
M. A.
Zhang
, and
M.
Lipson
,
Opt. Lett.
36
,
52
(
2011
).
19.
H.
Meng
,
A. H.
Atabaki
,
J. S.
Orcutt
, and
R. J.
Ram
,
Opt. Express
23
,
32643
(
2015
).
20.
C.
Sun
,
M.
Georgas
,
J.
Orcutt
,
B.
Moss
,
Y. H.
Chen
,
J.
Shainline
,
M.
Wade
,
K.
Mehta
,
K.
Nammari
,
E.
Timurdogan
,
D.
Miller
,
O.
Tehar-Zahav
,
Z.
Sternberg
,
J.
Leu
,
J.
Chong
,
R.
Bafrali
,
G.
Sandhu
,
M.
Watts
,
R.
Meade
,
M.
Popović
,
R.
Ram
, and
V.
Stojanović
,
J. Solid-State Circuits
50
,
828
(
2015
).
21.
S.
Inaba
,
K.
Okano
,
S.
Matsuda
,
M.
Fujiwara
,
A.
Hokazono
,
K.
Adachi
,
K.
Ohuchi
,
H.
Suto
,
H.
Fukui
,
T.
Shimizu
,
S.
Mori
,
H.
Oguma
,
A.
Murakoshi
,
T.
Itani
,
T.
Iinuma
,
T.
Kudo
,
H.
Shibata
,
S.
Taniguchi
,
M.
Takayanagi
,
A.
Azuma
,
H.
Oyamatsu
,
K.
Suguro
,
Y.
Katsumata
,
Y.
Toyoshima
, and
H.
Ishiuchi
,
IEEE Trans. Electron Devices
49
,
2263
(
2002
).
22.
J. Y. W.
Seto
,
J. Appl. Phys.
46
,
5247
(
1975
).
23.
L.
Alloatti
,
M.
Wade
,
V.
Stojanovic
,
M.
Popovic
, and
R. J.
Ram
,
IET Optoelectron.
9
,
163
(
2015
).
24.
H. C.
De Graaff
,
M.
Huybers
, and
J. G.
De Groot
,
Solid-State Electron.
25
,
67
(
1982
).
You do not currently have access to this content.