Intégration hybride de sources laser III-V sur Si par collage direct et recroissance pour les télécommunications à haut débit PDF Download
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Author: Claire Besancon
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Book Description
Ce travail présente une approche d'intégration de semiconducteurs III-V sur silicium. L'objectif est de réaliser des sources laser multi-longueur d'onde émettant en bande C pour les télécommunications optiques à partir d'une croissance épaisse de matériaux III-V sur fine couche d'InP collée sur silicium oxydé (InP-SiO2/Si = InPoSi).Afin d'étudier la compatibilité du procédé de collage avec l'élévation en température nécessaire à l'étape de recroissance, de l'ordre de 600°C par MOVPE, une étude de la stabilité en température des substrats InPoSi a été menée. Cette dernière a mis en évidence le délaminage de l'InPoSi avec apparition de "bulles" liée au décollement de la couche d'InP provoqué par la désorption d'hydrogène à 400°C. Une étude de la diffusion latérale de l'hydrogène le long de l'interface de collage a permis de mesurer une longueur de diffusion de l'ordre de 100 μm dans nos conditions expérimentales. Le développement de tranchées de dégazage espacées de 200 μm a ainsi permis d'effectuer la recroissance de matériaux III-V de haute qualité sur InPoSi sans apparition de défectivité de type "bulles" entre ces tranchées.Par la suite, l'amélioration constante des étapes de préparation des surfaces à coller a permis d'obtenir une qualité de matériau InPoSi optimale pour la recroissance à haute température sans faire appel à des procédés de dégazage. L'étude d'une structure active composée de multipuits quantiques (MQWs) à base de matériaux AlGaInAs a été menée par caractérisation in-situ pendant la croissance sur InPoSi. Par la mesure en temps réel de la courbure du substrat InPoSi à température d'épitaxie, une contrainte thermique de 390 ppm a été quantifiée. Cette dernière est créée par la différence de coefficients d'expansion thermique entre InP et Si. Malgré cette contrainte thermique, la recroissance d'une structure diode laser de 3 μm d'épaisseur de grande qualité cristalline a été démontrée sur InPoSi. Des lasers à contact large basée sur cette structure ont été fabriqués et les performances ont été comparées à celles obtenues pour le même composant fabriqué sur substrat InP pour référence. Des courants de seuil de 0,4 kA/cm2 à 20°C en régime pulsé ont été obtenus sur InPoSi. La comparaison des lasers sur InPoSi et InP a montré des courants de seuil, des rendements et une température caractéristique similaires. Ce résultat démontre que la structure épaisse épitaxiée sur InPoSi ne subit pas de dégradation matériau.Enfin, un nouveau procédé de croissance sélective (SAG : Selective Area Growth) a été développé spécifiquement sur InPoSi. Pour cela, la silice de l'InPoSi est déterrée localement par gravure de la couche d'InP afin d'offrir des surfaces diélectriques de tailles variables pour le procédé SAG. La variation des épaisseurs des puits quantiques obtenus par épitaxie sélective en fonction de la surface des masques permet d'atteindre une très large extension en longueur d'onde de photoluminescence, de 1490 à 1650 nm. En utilisant la SAG, des lasers Fabry-Pérot ont été fabriqués en structure shallow-ridge et des émissions laser couvrant 155 nm d'extension spectrale ont été obtenues. Pour une barrette de 500 μm de long, des courants de seuil en dessous de 30 mA à 20°C ont été obtenus en régime continu pour les lasers en bande C. A 70°C, les courants de seuil demeurent en dessous de 60 mA, ce qui traduit une très bonne tenue en température des lasers. L'ensemble de ces résultats valide la méthode d'intégration de III-V sur silicium.
Author: Claire Besancon
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Ce travail présente une approche d'intégration de semiconducteurs III-V sur silicium. L'objectif est de réaliser des sources laser multi-longueur d'onde émettant en bande C pour les télécommunications optiques à partir d'une croissance épaisse de matériaux III-V sur fine couche d'InP collée sur silicium oxydé (InP-SiO2/Si = InPoSi).Afin d'étudier la compatibilité du procédé de collage avec l'élévation en température nécessaire à l'étape de recroissance, de l'ordre de 600°C par MOVPE, une étude de la stabilité en température des substrats InPoSi a été menée. Cette dernière a mis en évidence le délaminage de l'InPoSi avec apparition de "bulles" liée au décollement de la couche d'InP provoqué par la désorption d'hydrogène à 400°C. Une étude de la diffusion latérale de l'hydrogène le long de l'interface de collage a permis de mesurer une longueur de diffusion de l'ordre de 100 μm dans nos conditions expérimentales. Le développement de tranchées de dégazage espacées de 200 μm a ainsi permis d'effectuer la recroissance de matériaux III-V de haute qualité sur InPoSi sans apparition de défectivité de type "bulles" entre ces tranchées.Par la suite, l'amélioration constante des étapes de préparation des surfaces à coller a permis d'obtenir une qualité de matériau InPoSi optimale pour la recroissance à haute température sans faire appel à des procédés de dégazage. L'étude d'une structure active composée de multipuits quantiques (MQWs) à base de matériaux AlGaInAs a été menée par caractérisation in-situ pendant la croissance sur InPoSi. Par la mesure en temps réel de la courbure du substrat InPoSi à température d'épitaxie, une contrainte thermique de 390 ppm a été quantifiée. Cette dernière est créée par la différence de coefficients d'expansion thermique entre InP et Si. Malgré cette contrainte thermique, la recroissance d'une structure diode laser de 3 μm d'épaisseur de grande qualité cristalline a été démontrée sur InPoSi. Des lasers à contact large basée sur cette structure ont été fabriqués et les performances ont été comparées à celles obtenues pour le même composant fabriqué sur substrat InP pour référence. Des courants de seuil de 0,4 kA/cm2 à 20°C en régime pulsé ont été obtenus sur InPoSi. La comparaison des lasers sur InPoSi et InP a montré des courants de seuil, des rendements et une température caractéristique similaires. Ce résultat démontre que la structure épaisse épitaxiée sur InPoSi ne subit pas de dégradation matériau.Enfin, un nouveau procédé de croissance sélective (SAG : Selective Area Growth) a été développé spécifiquement sur InPoSi. Pour cela, la silice de l'InPoSi est déterrée localement par gravure de la couche d'InP afin d'offrir des surfaces diélectriques de tailles variables pour le procédé SAG. La variation des épaisseurs des puits quantiques obtenus par épitaxie sélective en fonction de la surface des masques permet d'atteindre une très large extension en longueur d'onde de photoluminescence, de 1490 à 1650 nm. En utilisant la SAG, des lasers Fabry-Pérot ont été fabriqués en structure shallow-ridge et des émissions laser couvrant 155 nm d'extension spectrale ont été obtenues. Pour une barrette de 500 μm de long, des courants de seuil en dessous de 30 mA à 20°C ont été obtenus en régime continu pour les lasers en bande C. A 70°C, les courants de seuil demeurent en dessous de 60 mA, ce qui traduit une très bonne tenue en température des lasers. L'ensemble de ces résultats valide la méthode d'intégration de III-V sur silicium.
Author: Tiphaine Dupont
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Languages : fr
Pages : 232
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Le substrat SOI (Silicon-On-Insulator) constitue aujourd’hui le support de choix pour la fabrication de fonctions optiques compactes. Cette plateforme commune avec la micro-électronique favorise l’intégration de circuits photoniques avec des circuits CMOS. Néanmoins, si le silicium peut être utilisé de manière très avantageuse pour la fabrication de composants optiques passifs, il présente l’inconvénient d’être un très mauvais émetteur de lumière. Ceci constitue un obstacle majeur au développement de sources d’émission laser, briques de constructions indispensables à la fabrication d’un circuit photonique. La solution exploitée dans le cadre de cette thèse consiste à reporter sur SOI des épitaxies laser III-V par collage direct SiO2-SiO2. L’objectif est de réaliser sur SOI des sources lasers à cavité horizontale permettant d’injecter au moins 1mW de puissance dans un guide d’onde silicium inclus dans le SOI. Notre démarche est de transférer un maximum des fonctions du laser vers le silicium, dont les procédés sont familiers au monde de la micro-électronique. Dans l’idéal, le III-V ne devrait être utilisé que comme matériau à gain ; la cavité laser pouvant être fabriquée dans le silicium. Mais cette ligne de conduite n’est pas forcément aisée à mettre en œuvre. En effet, les photons sont produits dans le III-V mais doivent être injectés dans un guide silicium placé sous l’épitaxie. La difficulté est que les deux matériaux sont séparés par plus d’une centaine de nanomètres d’oxyde de collage faisant obstacle au transfert de photons. Le développement de lasers III-V couplés à un guide d’onde SOI demande alors de nouvelles conceptions du système laser dans son ensemble. Notre travail a donc consisté à concevoir un laser hybride III-IV / silicium se pliant aux contraintes technologiques du collage. En s’appuyant sur la théorie des modes couplés et les concepts des cristaux photoniques, nous avons imaginé, réalisé, puis caractérisé un laser à contre-réaction distribuée hybride (en anglais : « distributed feedback laser », laser DFB). Son fonctionnement optique original, permet à la fois un maximum de gain et d’efficacité de couplage grâce à une circulation en boucle des photons du guide III-V au guide SOI. Sur ces dispositifs, nous montrons une émission laser monomode (SMSR de 35 dB) à température ambiante en pompage optique et électrique pulsé. Comme attendu, la longueur d’onde d’émission est dépendante du pas de réseau DFB. Les lasers fonctionnent avec une épaisseur de collage de silice de 200 nm, ce qui offre une grande souplesse quant au procédé d’intégration. Tous les lasers fonctionnent jusqu’à des longueurs de 150 μm (la plus petite longueur prévue sur le masque). Malgré les faibles niveaux de puissances récoltés dans la fibre lors des caractérisations, la prise en compte des pertes optiques induites pas les coupleurs fibres nous indique que la puissance réellement injectée dans le guide silicium dépasse le milliwatt. Notre objectif de ce point de vue est donc rempli. Malheureusement le fonctionnement des lasers en injection électrique continue n’a pas pu être obtenu dans les délais impartis. Cependant, les faibles densités de courant de seuil mesurées en injection pulsée (300A / cm2 à température ambiante sur les lasers de 550 μm de long) laissent présager un fonctionnement prochain en courant continu.
Author: Antoine Descos
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Pages : 154
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Avec le développement de l’usage d’internet et les nouveaux services tout en ligne, la quantité de données traitée par les data-centers ne cessent de croître. Ainsi, si la mise en parallèle de plusieurs serveurs permet de répondre à cette demande, un problème structurel apparaît. Comme dans les supercalculateurs entre les noeuds de calculs, les données ne circulent plus suffisamment rapidement entre les serveurs sur les câbles électriques classiques. Pour pallier à ce goulot d’étranglement, l’utilisation de l’optique permet d’obtenir des débits plus importants. Si les câbles actifs existants permettent une solution rapide, la photonique sur silicium présente un avantage certain. L’intégration des composants optiques au plus près des puces électroniques permet de réduire considérablement le chemin des interconnexions ainsi que leurs coûts énergétiques. Une chaine de communication optique complète nécessite différents composants. Si les modulateurs, multiplexeurs, coupleurs fibres, démultiplexeurs et photodetecteurs ont déjà été démontrés, les sources lasers utilisées sont toujours extérieures à la puce photonique. Il s’agit en effet du chainon manquant dans l’intégration complète de l’optique grâce à la photonique sur silicium. Plusieurs architectures ont déjà été proposées mais cette thèse s’appuie sur l’intégration hybride d’un matériau III-V sur le silicium. Le travail de cette thèse a consisté en la conception, la fabrication et la caractérisation de sources laser hybrides III-V sur silicium et a été entièrement accompli aux CEA/LETI. L’architecture du LETI d’un guide III-V couplé à un guide silicium a été améliorée grâce à un critère adiabatique pour obtenir une zone active de laser efficace et robuste. Cette architecture a été déclinée en différents types de lasers (Fabry-Pérot, DBR, racetrack et DFB). La fabrication de ces lasers a nécessité des développements de procédés de structuration du matériau III-V reporté sur du silicium dans les laboratoires du CEA/LETI. Les premiers résultats ont permis la validation de l’architecture utilisée. Les lasers DBR présentent des seuils inférieurs à 20mA et des puissances optiques maximales supérieures à 20mW dans le guide silicium. Ces lasers ont également un fonctionnement monomode avec un SMSR de plus de 50dB. Les lasers DFB possèdent quant à eux des seuils de 30mA et des puissances optiques maximales supérieurs à 40mW dans le guide silicium. Ils sont monomodes avec un SMSR de 40dB. Ces résultats sont à l’état de l’art mondial sur les sources lasers hybrides en photonique sur silicium.
Author: Guillaume Levaufre
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Les travaux de cette thèse portent sur le développement des Circuits Photoniques Intégrés issus de la plateforme d'intégration hétérogène de matériaux III-V sur silicium. Les avantages proposés par cette approche, dans laquelle le gain optique des matériaux III-V se marie aux faibles pertes de propagation des guides d'onde silicium, sont notamment les coûts réduits de fabrication, un haut degré de compacité, et une grande flexibilité dans les fonctionnalités réalisables. Dès lors, notre approche est basée sur l'exploitation de cette technologie pour la réalisation de dispositifs hybrides d'émission laser adressant les objectifs de performance à débits élevés des nouveaux réseaux de télécommunication à fibres optiques. Nous rappelons tout d'abord les transformations récentes amorcées dans les réseaux de télécommunication en vue de répondre à l'accroissement du trafic mondial de données, et présentons alors deux solutions techniques étudiées durant cette thèse. En premier lieu, nous détaillons l'architecture et les éléments de conception d'un émetteur à multiplexage en longueur d'onde (WDM) à 4 longueurs d'onde DFB et 4 Modulateurs à Electro-absorption intégrés dans un circuit photonique hybride III-V sur silicium. Ce circuit est destiné aux transmissions courtes distances (
Author: Govind Agrawal
Publisher: Springer
ISBN: 9789401169967
Category : Science
Languages : en
Pages : 474
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Since its invention in 1962, the semiconductor laser has come a long way. Advances in material purity and epitaxial growth techniques have led to a variety of semiconductor lasers covering a wide wavelength range of 0. 3- 100 ILm. The development during the 1970s of GaAs semiconductor lasers, emitting in the near-infrared region of 0. 8--0. 9 ILm, resulted in their use for the first generation of optical fiber communication systems. However, to take advantage of low losses in silica fibers occurring around 1. 3 and 1. 55 ILm, the emphasis soon shifted toward long-wavelength semiconductor lasers. The material system of choice in this wavelength range has been the quaternary alloy InGaAsP. During the last five years or so, the intense development effort devoted to InGaAsP lasers has resulted in a technology mature enough that lightwave transmission systems using InGaAsP lasers are currently being deployed throughout the world. This book is intended to provide a comprehensive account of long-wave length semiconductor lasers. Particular attention is paid to InGaAsP lasers, although we also consider semiconductor lasers operating at longer wave lengths. The objective is to provide an up-to-date understanding of semicon ductor lasers while incorporating recent research results that are not yet available in the book form. Although InGaAsP lasers are often used as an example, the basic concepts discussed in this text apply to all semiconductor lasers, irrespective of their wavelengths.
Author: David Ward
Publisher: Fairleigh Dickinson Univ Press
ISBN: 9780838636763
Category : History
Languages : en
Pages : 260
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Book Description
This book is an in-depth analysis of three of the most crucial years in twentieth-century Italian history, the years 1943-46. After more than two decades of a Fascist regime and a disastrous war experience during which Italy changed sides, these years saw the laying of the political and cultural foundations for what has since become known as Italy's First Republic. Drawing on texts from the literature, film, journalism, and political debate of the period, Antifascisms offers a thorough survey of the personalities and positions that informed the decisions taken in this crucial phase of modern Italian history.
Author: Peter S. Zory Jr.
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080515584
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 522
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Book Description
This book provides the information necessary for the reader to achieve a thorough understanding of all aspects of QW lasers - from the basic mechanism of optical gain, through the current technolgoical state of the art, to the future technologies of quantum wires and quantum dots. In view of the growing importance of QW lasers, this book should be read by all those with an active interest in laser science and technology, from the advanced student to the experienced laser scientist.* The first comprehensive book-length treatment of quantum well lasers* Provides a detailed treatment of quantum well laser basics* Covers strained quantum well lasers* Explores the different state-of-the-art quantum well laser types* Provides key information on future laser technologies
Author: Rob Flickenger
Publisher: "O'Reilly Media, Inc."
ISBN: 9780596005023
Category : Computers
Languages : en
Pages : 190
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Book Description
Building Wireless Community Networks is about getting people online using wireless network technology. The 802.11b standard (also known as WiFi) makes it possible to network towns, schools, neighborhoods, small business, and almost any kind of organization. All that's required is a willingness to cooperate and share resources. The first edition of this book helped thousands of people engage in community networking activities. At the time, it was impossible to predict how quickly and thoroughly WiFi would penetrate the marketplace. Today, with WiFi-enabled computers almost as common as Ethernet, it makes even more sense to take the next step and network your community using nothing but freely available radio spectrum. This book has showed many people how to make their network available, even from the park bench, how to extend high-speed Internet access into the many areas not served by DSL and cable providers, and how to build working communities and a shared though intangible network. All that's required to create an access point for high-speed Internet connection is a gateway or base station. Once that is set up, any computer with a wireless card can log onto the network and share its resources. Rob Flickenger built such a network in northern California, and continues to participate in network-building efforts. His nuts-and-bolts guide covers: Selecting the appropriate equipment Finding antenna sites, and building and installing antennas Protecting your network from inappropriate access New network monitoring tools and techniques (new) Regulations affecting wireless deployment (new) IP network administration, including DNS and IP Tunneling (new) His expertise, as well as his sense of humor and enthusiasm for the topic, makes Building Wireless Community Networks a very useful and readable book for anyone interested in wireless connectivity.
Author: Horace Craig Casey
Publisher:
ISBN:
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 360
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Book Description
Author: Karen McCombie
Publisher:
ISBN: 9781407117867
Category : Ally (Fictitious character : McCombie)
Languages : en
Pages : 208
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Book Description
Ally knows her super-efficient big sis Linn finds their chaotic family a bit ... exasperating. But when Linn falls for Q, the tearaway lead singer in a local band, all her sensible ways go out of the window. Everyone else can see that Q's a creep, but does Ally have the courage to burst Linn's heart-shaped bubble?
