Schémas de modulateur d'électroabsorption basés sur des puits quantiques multiples germanium / silicium en silicium

En raison des contraintes graves de consommation d'énergie et de bande passante du développement de circuits intégrés à grande échelle, l'interconnexion sur puce a été considérée comme un chemin de développement potentiel. Silicon Photonics est la plate-forme la plus appropriée pour intégrer l'optique et l'électronique, mais est limitée par des appareils actifs. Les matériaux en alliage de germanium et de silicium germanium ont reçu de plus en plus d'attention récemment. Cela est dû au fait que l'énergie directe de la bande interdite du germanium correspond à une longueur d'onde dans la bande C, tandis que le bord de la vallée de la bande interdite indirecte n'est que de 140 eV sous la vallée directe de la bande interdite γ. Les chercheurs ont proposé et développé diverses méthodes compatibles CMOS pour modifier la structure de la bande des matériaux liés à la germanium, y compris les puits quantiques germanium / silicium en germanium, les microstructures de germanium vacantes et les alliages de germanium-tin. Dans le champ du modulateur à base de silicium, le modulateur d'électro-absorption de bien-être germanium / silicium en silicium a les avantages d'une petite taille et d'une faible consommation d'énergie. En raison de l'effet de confinement quantique, l'énergie d'absorption directe de la bande interdite du puits quantique de germanium / silicium en silicium est plus grande que celle du matériau de germanium. Le puits quantique de germanium de 10 nm de large fonctionnement fonctionne à zéro tension de biais à 1420 nm. Bien que le bord d'absorption puisse être régulé en appliquant une tension de biais différente, le contraste d'absorption se détériore également avec l'augmentation de la tension de biais. Une tension de biais plus élevée ne convient pas à une intégration à grande échelle. Ainsi, la longueur d'onde de fonctionnement du modulateur d'électroabsorption de bien-être germanium / silicium en silicium quantique est limitée.

Wuhan Optoelectronics National Laboratory Devices Optoelectronic et professeur de laboratoire fonctionnel intégré Sun Junqiang, doctorants principaux tels que Gao Jian-Feng, a proposé un schéma de modulateur d'électroabsorption à la traction de la traction uniaxiale. Le schéma élargit considérablement la plage de longueurs d'onde de travail du modulateur d'électroabsorption du puits multi-quantal germanium / silicium germanium, et peut améliorer le contraste d'absorption du mode TE. En introduisant une souche de traction uniaxiale de 0,18% -1,6%, un modulateur d'électroabsorption de biais zéro couvrant une plage de longueurs d'onde de 1380-1550 nm peut être fabriqué sur une puce GE / SI 0,19 GE 0,19 GE. Pour les applications de guide d'onde, les puits quantiques de souche de traction uniaxiale germanium / germanium en silicium ont une amélioration du contraste d'absorption de TE et supprimé l'absorption de TM. À 1,6% de déformation de traction uniaxiale et de tension de fonctionnement de 0V / 2V, le contraste d'absorption de TE a été augmenté de 3,1 dB et le coefficient d'absorption TM a été réduit de deux tiers. Le contraste d'absorption de TE amélioré et la large gamme de longueurs d'onde de fonctionnement rendent le dispositif idéal pour l'intégration des guides d'onde et les applications de modulation à haute efficacité.

Le résultat de la recherche "Conception et analyse des modulateurs électro-absorbants avec des puits quantums multiples GE / SIGE de stress uniaxialement", publiés le 2 mai 2017, est publié dans la revue Optics Express d'OSA (Vol.25, No.10, pp., 2017) revue. La recherche a été financée par la National Natural Science Foundation of China (61435004).

(A) Structure de puits quantique multiple GE / SIGE. (B) Diagramme schématique de la structure d'un modulateur d'électroabsorption basé sur un micro-pont en suspension. (C) Distribution stéréo du tenseur εxx. (D) Le tenseur de déformation du plan XY εxx (e) Mode Field Component EY Distribution du mode fondamental quasi-te à 1550 nm de longueur d'onde.