Tek eksenli gergin germanyum / silikon germanyumuna dayanan elektroabsorpsiyon modülatör şemaları çoklu kuantum kuyucukları

Ciddi güç tüketimi ve büyük ölçekli entegre devrelerin geliştirilmesinin bant genişliği kısıtlamaları nedeniyle, çip üzerindeki ara bağlantı potansiyel bir geliştirme yolu olarak kabul edilmiştir. Silikon Fotonik, optik ve elektronikleri entegre etmek için en uygun platformdur, ancak aktif cihazlar tarafından kısıtlanmıştır. Germanyum ve silikon germanyum alaşım malzemeleri son zamanlarda daha fazla ilgi gördü. Bunun nedeni, Germanyumun doğrudan bant aralığı enerjisinin C bantındaki bir dalga boyuna karşılık gelmesi, dolaylı Bandgap L Valley Edge'in doğrudan bandgap γ vadisinin sadece 140 eV' olmasıdır. Araştırmacılar, Germanyum / Silikon Germanyum Kuantum Kuyuları, boş germanyum mikroyapıları ve germanyum tin alaşımları dahil olmak üzere Almanyumla ilgili malzemelerin bant yapısını değiştirmek için çeşitli CMOS uyumlu yöntemler önermiş ve geliştirmiştir. Silikon bazlı modülatör alanında, Germanyum / Silikon Germanyum Kuantum Kuyu Elektro-Absorpsiyon Modülatör küçük boyut ve düşük güç tüketiminin avantajlarına sahiptir. Kuantum hapsetme etkisi nedeniyle, Germanyum / Silikon Germanyum Kuantum kuyusunun doğrudan bant aralığı emilim enerjisi germanyum malzemeden daha büyüktür. Önceki 10 nm genişliğinde germanyum kuantum, 1420 nm'de sıfır önyargı voltajında ​​çalışır. Emilim kenarı farklı bir sapma voltajı uygulanarak düzenlenebilse de, emilim kontrastı da artan sapma voltajı ile bozulur. Daha yüksek önyargı voltajı büyük ölçekli entegrasyon için uygun değildir. Bu nedenle, Germanyum / Silikon Germanyumun çoklu kuantum kuyusu elektroabsorpsiyon modülatörünün çalışma dalga boyu sınırlıdır.

Wuhan Optoelektronik Ulusal Laboratuvar Optoelektronik Cihazları ve Entegre Fonksiyonel Laboratuvar Profesörü Sun Junqiang Gao Jian-Feng gibi doktora öğrencileri tek eksenli gerilmeli germanyum / silikon germanyum multi-quantum kuyu elektroabsorpsiyon modülatör şeması önerdi. Şema, germanyum / silikon germanyum multi-quantum kuyusunun elektroabsorpsiyon modülatörünün çalışma dalga boyu aralığını büyük ölçüde genişletir ve TE modunun absorpsiyon kontrastını geliştirebilir. % 0.18-1.6'lık tek eksenli bir gerilme suşu getirilerek, 1380-1550 nm'lik bir dalga boyu aralığını kapsayan sıfır önlük elektroabsorpsiyon modülatörü 10/12 nm GE / Si 0.19 GE 0.81 çip üzerinde üretilebilir. Dalga kılavuzu uygulamaları için, tek eksenli gerilme suşu germanyum / silikon germanyum kuantum kuyucukları artmış TE absorpsiyon kontrastına ve baskılanmış TM emilimine sahiptir. % 1.6 tek eksenli gerilme suşu ve 0V / 2V çalışma voltajında, TE emilim kontrastı 3.1 dB arttırıldı ve TM emilim katsayısı üçte ikisi azaltıldı. Geliştirilmiş TE absorpsiyon kontrastı ve geniş çalışma dalga boyu aralığı, cihazı dalga kılavuzu entegrasyonu ve yüksek verimli modülasyon uygulamaları için ideal hale getirir.

2 Mayıs 2017'de yayınlanan "Tek eksenli stresli GE / SIGE Çoklu Kuantum Kuyuları ile Elektro emme modülatörlerinin tasarımı ve analizi" araştırma sonucu OSA'nın Optics Express (Cilt 25, No.10, s., 2017) 'de yayınlanmıştır. dergi. Araştırma, Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (61435004) tarafından finanse edildi.

(A) GE / SIGE Çoklu kuantum kuyusu yapısı. (B) Askılı bir mikro köprüye dayanan bir elektroabsorpsiyon modülatörünün yapısının şematik diyagramı. (C) Stereo tensör εxx dağılımı. (D) XY düzlem suşu tensörü εxx (e) Modu Alan Bileşeni Yarı TE temel modunun 1550 nm dalga boyunda EY dağılımı.