Dans le domaine de la photonique, l’intégration de plusieurs dispositifs optiques sur un seul substrat est extrêmement prometteuse pour un large éventail d’applications. Cette approche révolutionnaire, connue sous le nom d’intégration photonique, offre des avantages remarquables, notamment une taille, un coût et une consommation d’énergie réduits. Parmi les grandes technologies d’intégration en photonique, deux se distinguent : l’intégration photonique à base de phosphure d’indium (InP) et la photonique monolithique au silicium. Chaque technologie a ses propres forces et faiblesses.
L’intégration photonique basée sur InP est largement reconnue comme une plate-forme active-passive fiable et complète. Cependant, il se heurte à des limites en termes de rendement et de taille de substrat. D’autre part, la photonique au silicium monolithique offre d’excellentes performances passives, des modulateurs insensibles à la température et une compatibilité avec la fabrication de semi-conducteurs à oxyde métallique complémentaire (CMOS). Pourtant, l’absence de source lumineuse a freiné le développement de cette technologie.
De manière passionnante, les chercheurs ont proposé un schéma d’intégration photonique actif-passif révolutionnaire qui présente une puce de circuit intégré photonique remarquable.
Comme rapporté dans Nexus photonique avancé, cette puce combine une source lumineuse, un modulateur, une photodiode (dispositif qui convertit la lumière en courant électrique), un guide d’ondes (canal à travers lequel la lumière se déplace) et un séparateur de branche en Y, tous basés sur une plate-forme de nitrure de gallium (GaN) sur silicium . Ce qui distingue cette approche, c’est que tous les dispositifs actifs, y compris la source de lumière, le modulateur et la photodiode, sont construits sur la même structure ultraviolette InGaN/AlGaN à puits quantiques multiples (MQW). Cette caractéristique unique réduit considérablement la complexité et les coûts de fabrication.
Pour donner vie à ce concept, les chercheurs ont conçu la puce de circuit intégré photonique basée sur la plate-forme GaN sur silicium, utilisant des couches épitaxiales de nitrure III développées par dépôt chimique en phase vapeur d’organo-métallique. L’approche monolithique descendante construit des émetteurs, des modulateurs, des guides d’ondes, des séparateurs de faisceau, des récepteurs et des moniteurs au nitrure III sur une plaquette de GaN sur silicium conventionnelle et n’implique pas de dopage de repousse ou de post-croissance.
Les chercheurs ont caractérisé la puce résultante de manière approfondie à partir de diverses perspectives pour valider l’efficacité de ce schéma d’intégration photonique innovant. Les principaux résultats ont indiqué qu’une tension de polarisation inverse plus élevée appliquée au modulateur entraînait une augmentation de l’absorption de la lumière, provoquée par des modifications du coefficient d’absorption.
Cet effet de modulation distinctif se reflétait dans les changements de photocourant du récepteur. Le système de test a démontré une diaphonie négligeable, et l’isolation entre la source lumineuse et le modulateur sur le même guide d’ondes, obtenue grâce à la séparation de la couche de contact p, s’est avérée suffisante pour des performances optimales du système.
Le système transmet et traite avec succès les données à l’aide de la lumière. En utilisant des modulations directes et indirectes dans un seul trajet lumineux, les chercheurs ont simultanément transmis deux types de données ou chiffré la transmission de données d’un signal de modulation avec une autre modulation.
Yongjin Wang, chef de laboratoire et auteur correspondant principal du Centre de recherche Peter Grünberg de l’Université des postes et télécommunications de Nanjing, déclare : « En ce qui concerne l’avenir, avec de nouvelles avancées dans la précision de la gravure au nitrure III, le schéma d’intégration proposé présente un potentiel énorme en tant que solution compétitive pour la prochaine -intégration photonique de génération , en particulier dans le domaine de la détection, où une densité d’intégration élevée n’est pas une exigence critique. »
Plus d’information:
Jiabin Yan et al, Intégration photonique active-passive complète basée sur la plate-forme GaN-sur-silicium, Nexus photonique avancé (2023). DOI : 10.1117/1.APN.2.4.046003