科研进展简报

非对称锗硅耦合量子阱中的折射率变化理论分析

来源:武汉光电国家研究中心    作者:光电子器件与集成功能实验室    发布时间:2017年12月29日

         随着光通信和光互联的迅速发展,光电集成电路(EPICs)在数据传输中扮演着越来越重要的角色。由于与成熟的CMOS技术相兼容,硅基光电子被认为是最具有前景的电子和光子器件的集成平台。然而,紧凑高效的有源器件的研发仍然具有挑战性。由于在低工作电压、高速率运行和低功耗等方面具有很强的竞争优势,锗硅材料体系对于实现CMOS兼容的有源器件是一种很有吸引力的解决方案。虽然硅和锗都是间接带隙半导体,但是锗有一个有用的直接带隙Γ谷,它仅仅比间接带隙L谷高136meV。

       武汉光电国家实验室光电子器件与集成功能实验室孙军强教授带领博士生张意和高建峰提出了一种全新的非对称锗硅耦合量子阱结构并对其进行了理论分析。通过对耦合量子阱两个不同宽度的量子阱的设计,他们可以控制波函数之间的耦合程度来修饰耦合量子阱的光电特性。他们采用了8能带的kŸp模型来计算耦合量子阱的本征态和吸收谱。仿真结果表明,该结构具有不同于标准的非耦合量子阱的独特性质。并且它的调制性能要远远好于之前已经报道的对称型耦合量子阱。他们可以在30kV/cm的电场强度下,实现1461nm工作波长处高达9×10-3的折射率变化。相应的半波电压和相移长度的乘积VπLπ大约为0.01 V cm。他们提出的锗硅非对称耦合量子阱方案,为硅基光电子集成器件中的高速率、低电压、低功耗和紧凑的光学相位调制器提供了一个非常有前景的候选。

       2017年11月16号,该研究成果“Theoretical analysis of electro-refractive index variation in asymmetric Ge/SiGe coupled quantum wells”发表在OSA旗下期刊Optics Express(Vol.25, no.24, PP. 30032-30042, 2017)杂志。该项研究得到国家自然科学基金(61435004)的资助。

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