Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
Auteur(s)
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Delphine MARRIS-MORINI : Maître de conférences, Université Paris Sud-11, Institut d'électronique fondamentale, France
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Gilles RASIGADE : Post-doctorant, Institut d'électronique fondamentale, France
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Melissa ZIEBELL : Doctorante, Institut d'électronique fondamentale, France
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Papichaya CHAISAKUL : Doctorant, Institut d'électronique fondamentale, France
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Jean-Marc FÉDÉLI : Ingénieur, CEA-Leti, Grenoble, France
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Giovanni ISELLA : Chercheur, L-Ness, Politecnico di Milano, Italie
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Daniel CHRASTINA : Chercheur, L-Ness, Politecnico di Milano, Italie
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Laurent VIVIEN : Chargé de recherche, CNRS, Institut d'électronique fondamentale, France
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le modulateur optique est l'un des éléments clefs pour le développement de chaînes de communications optiques dans la filière silicium. Les déploiements récents ont permis d'obtenir des modulateurs en silicium présentant de très bonnes performances de 10 à 30 Gbit/s. Une solution émergente, à base de puits quantiques Ge/SiGe, présente des caractéristiques prometteuses pour la réalisation de structures très compactes et à faibles puissances consommées.
Optical modulators are one of the key building blocks for the development of silicon communication links. Recently, silicon modulators with good performances from 10 to 30 Gbit/s have been demonstrated. An alternative solution based in Ge/SiGe quantum wells is very promising for the demonstration of compact structures with low power consumption.
optoélectronique, photonique silicium, modulation optique, guide d'onde, hyperfréquence, optique intégrée
optoelectronics, silicon photonics, optical modulation, waveguide, radiofrequency, integrated optics
Domaine : Optoélectronique
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Photonique silicium
Domaines d'application : Communication optique
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité :
Centres de compétence : CNRS-UPS-IEF, CEA Leti, INL
Industriels : STMicroelectronics, Alcatel Thales 3-5 lab
Autres acteurs dans le monde : Intel, Luxtera, Kotura, Université de Surrey (UK), Université Cornell (US), A*STAR (Singapour)
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Conclusion, perspectives
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3. Modulateur optique par Effet Stark Confiné Quantiquement dans les structures à puits quantiques Ge/SiGe
3.1 Contexte
La réalisation d'un modulateur optique en silicium utilisant la déplétion de porteurs et présentant une grande bande passante optique (c'est-à-dire excluant les structures résonantes) nécessite l'utilisation d'une région active de plusieurs mm de long, créant une consommation électrique non négligeable. La réalisation d'un modulateur compact ne sera possible qu'en proposant des concepts innovants, en rupture avec les technologies actuelles. Dans cette perspective, nous menons des recherches depuis 2009 sur les propriétés optiques liées à la bande interdite directe dans des structures à puits quantiques Ge/SiGe. L'objectif est d'étudier la variation du coefficient d'absorption pour réaliser des modulateurs optiques.
L'effet exploité est l'Effet Stark Confiné Quantiquement (ESCQ), illustré pour la première fois par l'Université de Stanford dans des structures à multi-puits quantiques Ge/SiGe à forte concentration en germanium. Des mesures de spectres de photo-courant avaient permis de mettre en évidence une modulation du coefficient d'absorption dans des structures épitaxiées par RPCVD (Reduced Pressure Chemical Vapour Deposition) éclairées par la surface . Ce résultat avait constitué la première démonstration de l'utilisation d'un effet de bande interdite directe dans un semi-conducteur à bande interdite indirecte, et ouvert la voie vers la compréhension fine des mécanismes entrant en jeu et la réalisation de composants optoélectroniques innovants, le premier étant le modulateur à électro-absorption.
En raison du désaccord de maille entre le silicium et le germanium, la croissance directe de germanium sur silicium crée des dislocations. Un moyen de les éviter consiste à utiliser une couche tampon graduelle en SiGe permettant de passer très progressivement du silicium à un alliage à forte concentration en germanium (typiquement 90 %), tout en restant relaxé (sans contraintes). La structure...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - KOEHL (S.), LIU (A.), PANICCIA (M.) - Integrated silicon photonics : harnessing the data explosion. - OSA Optics and Photonics New, 22, p. 24-39 (2011).
-
(2) - LIU (A.) et al - A high speed silicon optical modulator based on a metal-oxide-semiconductor capacitor. - Nature, 427, p. 615-618 (2004).
-
(3) - SOREF (A.), BENNETT (B.R.) - Electro-optical effects in silicon. - IEEE J. Quant. Electron., 23(1), p. 123-129 (1987).
-
(4) - LIU (A.), JONES (R.), LIAO (L.), SAMARA-RUBIO (D.), RUBIN (D.), COHEN (O.), NICOLAESCU (R.), PANICCIA (M.) - A high speed silicon optical modulator based on a metal-oxide-semiconductor capacitor. - Nature, 427, p. 615-618 (2004).
-
(5) - LIAO (L.), SAMARA-RUBIO (D.), MORSE (M.), LIU (A.), HODGE (D.) - High speed silicon Mach-Zehnder modulator. - Optics Express, vol. 13, p. 3129-3135, avr. 2005.
-
(6) - XU (Q.), SCHMIDT...
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