Modulateurs III-V/Si haute fréquence pour les applications en communications et capteurs optiques

High-frequency III-V/Si modulators for optical telecommunications and sensing

• Auteur / Autrice : Xavier Champagne de labriolle
• Direction : José Luis Gonzalez jimenez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Nano électronique et Nano technologies
• Date : Inscription en doctorat le 04/03/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI)

Mots clés

Mots clés libres

Photonique intégrée

Modulators

InP

Silicium

Hybrid

Integrated photonics

Modulators

InP

Silicon

Résumé

Le III-V Lab et le CEA Leti ont récemment démontré de l'épitaxie par croissance sélective (SAG) de matériaux III-V sur du silicium, un procédé de fabrication décisif permettant la fabrication simultanée de puits quantiques à performances spectrales différentes. Pour une future intégration de cette technologie, les performances des modulateurs III-V/Si doivent être améliorées. Le but de cette thèse est de développer des modulateurs, pour démontrer des performances au niveau de l'état de l'art qui s'intègreront avec la technologie SAG. Ces composants basés sur des guides d'ondes III-V sur silicium seront modélisés, fabriqués et testés en vue de montrer de la modulation optique en phase et en amplitude à haute-fréquence. Ce travail requiert une optimisation opto-électronique de l'empilement III-V à base d'InP et du couplage vers les guides SOI sous-jacents pour réduire les pertes, l'absorption, et la tension de déphasage, tout en augmentant la bande passante, visant les 100 GHz. Les modulateurs de phase seront également démontrés dans des circuits de transmission cohérente, au-delà de 400 Gbps/canal grâce aux schémas de modulation avancés tels que le 16QAM. Ces circuits seront aussi utilisés pour démontrer de la modulation de bande latérale unique optique (oSSBM) pour du décalage de fréquence sur 100 GHz dans des capteurs.

CEA Leti and III-V Lab have recently demonstrated selective area growth epitaxy (SAG) of III-V materials on silicon, a key-enabling technology for simultaneous fabrication of quantum wells of different spectral characteristics. For this technology to be integrated in the future, the performances of III-V/Si modulators must be improved. The goal of this PhD is to develop state of the art modulators that can be integrated using the SAG technology. These devices, based on III-V/Si waveguides, will be simulated, fabricated and tested to demonstrate phase, amplitude, and frequency modulation. This work will require opto-electronical optimizations of the InP-based III-V stack, and of the coupling with the underlying SOI waveguides. Loss, absorption, and phase-shift voltage must be reduced, while raising the bandwidth for phase modulation up to 100 GHz. These phase modulators will be demonstrated in coherent-communication circuits, targeting 400 Gbps/channel, using quadrature amplitude modulation schemes. These circuits will also be used to demonstrate optical Single-Sideband Modulation (oSSBM) for laser frequency shifting over 100 GHz in sensing applications.