Développement de photodiodes à avalanche en Ge sur Si pour la détection faible signal et grande vitesse
Auteur / Autrice : | Léopold Virot |
Direction : | Laurent Vivien |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Physique |
Date : | Soutenance le 19/12/2014 |
Etablissement(s) : | Paris 11 |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Sciences et Technologies de l'Information, des Télécommunications et des Systèmes (Orsay, Essonne ; 2000-2015) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut d'électronique fondamentale (Orsay, Essonne ; 19..-2016) |
Jury : | Président / Présidente : Christophe Peucheret |
Examinateurs / Examinatrices : Laurent Vivien, Christophe Peucheret, Jean-Pierre Vilcot, Guy Vitrant, Sophie Bouchoule, Mohand Hachouche, Jean-Marc Fédéli, Frédéric Bœuf | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Vilcot, Guy Vitrant |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
Afin d’adresser la problématique liée aux limitations des interconnections métalliques en termes de débits notamment, la photonique Si s’est imposée comme une technologie de choix. Un des composants de base des circuits photonique Si est le photodétecteur : Il permet de convertir un signal optique en signal électrique. Les photodétecteurs à base de Ge sur Si ont montré leur potentiel et offrent la meilleure alternative aux photodétecteurs III-V, pour une intégration dans les circuits photoniques Si.Dans ce contexte, les photodiodes à base de Ge su Si ont été étudiées. L’optimisation des photodiodes p-i-n a permis l’obtention de résultats à l’état de l’art. Une nouvelle approche utilisant une double hétéro-jonction latérale Si/Ge/Si a été proposée afin d’augmenter la responsivité mais aussi afin de proposer une meilleure solution d’intégration, avec les modulateurs Si notamment. Pour augmenter encore la sensibilité des récepteurs, l’utilisation de photodiodes à avalanche est cependant nécessaire. La structure SACM (Separate Absorption Charge Multiplication), combinant le faible bruit de multiplication du Si et l’absorption du Ge aux longueurs d’onde télécom, a d’abord été étudiée. Des modèles ont été développées afin d’optimiser le fonctionnement, et ces photodiodes ont été fabriquées et caractérisées. Les résultats obtenus sur des photodiodes éclairées par la surface (produit Gain-Bande passante de 560GHz à seulement -11V) sont très encourageant pour une intégration avec un guide d’onde. D’autre part, les photodiodes p-i-n en Ge sur Si, ont été étudiées en avalanche. La faible largeur de la zone intrinsèque a permis de diminuer le bruit de multiplication par effet « dead space », et le fonctionnement à 10Gbits/s pour un gain de 20 et une puissance optique de seulement -26dBm, pour une tension de -7V, sans utilisation d’amplificateur (TIA), a pu être démontré. Ces développements ouvrent ainsi la voie vers des récepteurs rapides, à faible consommation électrique et grande sensibilité.