Esquemas de moduladores de electroabsorción basados ​​en pozos cuánticos de germanio / silicio tensado uniaxial múltiples pozos cuánticos

Debido al consumo de energía graves y las limitaciones de ancho de banda del desarrollo de circuitos integrados a gran escala, la interconexión en chip se ha considerado como una ruta de desarrollo potencial. Silicon Photonics es la plataforma más adecuada para integrar la óptica y la electrónica, pero está limitado por dispositivos activos. Los materiales de aleación de germanio de germanio y silicio han recibido más y más atención recientemente. Esto se debe al hecho de que la energía directa de bandas de banda de germanio corresponde a una longitud de onda en la banda C, mientras que el borde indirecto de bandas de banda l de valle está solo 140 eV por debajo del valle de banda γ directo. Los investigadores han propuesto y desarrollado varios métodos compatibles con CMOS para cambiar la estructura de la banda de los materiales relacionados con el germanio, incluidos los pozos cuánticos de germanio de germanio / silicio, microestructuras de germanio vacantes y aleaciones de germanio-din. En el campo del modulador basado en silicio, el modulador de electroabsorción de pozo cuántico de germanio de germanio / silicio tiene las ventajas del pequeño tamaño y el bajo consumo de energía. Debido al efecto de confinamiento cuántico, la energía de absorción directa de banda de banda del pozo cuántico de germanio / silicio germanio es mayor que la del material de germanio. El pozo cuántico de germanio de 10 nm de ancho anterior funciona a voltaje de polarización cero a 1420 nm. Aunque el borde de absorción se puede regular aplicando un voltaje de polarización diferente, el contraste de absorción también se deteriora con el aumento del voltaje de polarización. El voltaje de sesgo más alto no es adecuado para la integración a gran escala. Por lo tanto, la longitud de onda operativa del modulador de electroabsorción de pozo cuántico de germanio de germanio / silicio es limitada.

Los dispositivos optoelectrónicos de Laboratorio Nacional de Optoelectrónica de Wuhan y el profesor de laboratorio funcional integrado Sun Junqiang dirigen a estudiantes doctorales como Gao Jian-Feng propuso un esquema de modulador de electroabsorción de pozos de pozos de germanio / silicio germanio de germanio uniaxial. El esquema amplía enormemente el rango de longitud de onda de trabajo del modulador de electroabsorción del pozo de germanio / silicio germanio multi-quántogo, y puede mejorar el contraste de absorción del modo TE. Al introducir una tensión de tracción uniaxial de 0.18% -1.6%, se puede fabricar un modulador de electroabsorción de sesgo cero que cubre un rango de longitud de onda de 1380-1550 nm en un chip GE / SI 0.19 GE 0.81 de 10/12 nm. Para las aplicaciones de guía de onda, los pozos cuánticos de germanio de germanio / silicio germanio de germanio uniaxial han mejorado el contraste de absorción de TE y la absorción de TM suprimida. Con 1.6% de tensión de tracción uniaxial y voltaje de funcionamiento de 0V / 2 V, el contraste de absorción de TE aumentó en 3,1 dB y el coeficiente de absorción TM se redujo en dos tercios. El contraste de absorción TE mejorado y el amplio rango de longitud de onda de funcionamiento hacen que el dispositivo sea ideal para la integración de la guía de onda y aplicaciones de modulación de alta eficiencia.

El resultado de la investigación "Diseño y análisis de moduladores electroabsorbentes con pozos cuánticos múltiples de GE / SIGE uniaxialmente estresados", publicado el 2 de mayo de 2017, se publica en la revista OSA's Journal Optics Express (Vol.25, No.10, pp., 2017) revista. La investigación fue financiada por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (61435004).

(A) Estructura de pozo cuántico múltiple GE / Sige. (B) Diagrama esquemático de la estructura de un modulador de electroabsorción basado en un micro-puente suspendido. (C) Distribución de tensor estéreo εxx. (D) El tensor de deformación del plano XY εxx (E) Componente de campo de campo Distribución del modo fundamental cuasi-te a una longitud de onda de 1550 nm.