Geavanceerde germanium quantum well componenten voor toepassingen in geïntegreerde optische chips.

Op siliciumfotonica gebaseerde geïntegreerde schakelingen zijn op grote schaal gebruikt in optische telecommunicatie- en datacomsystemen. Recent hebben zij ook nieuwe toepassingen mogelijk gemaakt zoals versnellers voor kunstmatige intelligentie en LiDAR-sensoren voor autonome voertuigen.   Deze toepassingen profiteren van de miniaturisatie van complexe componenten zoals lasers, detectoren en modulatoren, en van hun integratie met hoge dichtheid op een enkele chip, aangeboden door typische silicium fotonica platformen.

Binnen imec's silicium fotonica platform, wordt germanium intensief gebruikt om hoge-snelheid fotodetectoren, lawine fotodetectoren en Franz-Keldysh effect modulatoren te realiseren die data-snelheden van 50 Gbps en meer ondersteunen. Deze apparaten zijn gebaseerd op Ge(Si)-materiaal in bulk. Hoewel zij zeer hoge datasnelheden ondersteunen, hebben bulk Ge(Si) modulatoren matige statische prestaties en vereisen zij een relatief hoge spanningszwaai, in vergelijking met silicium-microring-modulatoren.

Er is aangetoond dat dit nadeel kan worden ondervangen door gebruik te maken van de scherpe exitonische absorptiepieken in multikwantumput Ge/SiGe-apparaten.  Fotodetectoren (PD's), elektro-absorptiemodulatoren (EAM's) en elektro-optische modulatoren (EOM's) die gebruik maken van dit zogenaamde quantumgefundeerde Stark-effect (QCSE) hebben dan ook het potentieel om de nadelen van bulk-Ge-apparaten te overwinnen en een grotere afstembaarheid op golflengten, lagere verliezen en een hogere extinctieverhouding te bieden. De eerste resultaten van dergelijke toestellen, gefabriceerd in imec's silicium fotonica platform, hebben de aandacht getrokken in de optische communicatie en de optische versneller gemeenschap.

In deze thesis zal de promovendus baanbrekend werk verrichten op het gebied van nieuwe-generatie golfgeleider-gekoppelde Ge multi-kwantum well QCSE devices op silicium en concepten onderzoeken voor optische communicatie en kunstmatige intelligentie toepassingen. Meer specifiek zal de student apparaten onderzoeken zoals QCSE EAM-PD codesign en QCSE EOM. Het werk vereist materiaal- en multifysische modellering van de multikwantumbronstapelingen, optimalisering van deze stapelingen, modellering, ontwerp en karakterisering van apparaten en validering door middel van geschikte zender-ontvangerdemonstrators voor elke doeltoepassing.