Resumen de Nitride-based semiconductor nanostructures for applications in optical comunications at 1,5 um

Sirona Valdueza Felip

• español

  Durante los últimos años ha habido una creciente demanda de mayor ancho de banda óptico en las redes de comunicaciones ópticas. El principal desafío para satisfacer esta demanda se encuentra en los nodos de la propia red, ya que el procesamiento electrónico de la información tiene per se un ancho de banda limitado. Por lo tanto, estos nodos deben evolucionar hacia un control todo óptico de la información. El objetivo de esta tesis es investigar el potencial que ofrecen las nanoestructuras de semiconductor basadas en nitruros del grupo III para aplicaciones en comunicaciones ópticas a la longitud de onda de operación de 1.55 µm. Los nitruros del grupo III cubren el infrarrojo cercano mediate dos propuestas: transiciones intersubbanda en heteroestructuras de GaN/AlN y transiciones interbanda en estructuras basadas en InN. El conocimiento de sus propiedades ópticas no lineales es crucial para el desarrollo de dispositivos todo ópticos novedosos que se aplicarán en sistemas de transmisión de alta velocidad (> 40 Gbps). La primera parte de esta tesis describe la respuesta óptica no lineal ultrarrápida de pozos y puntos cuánticos de GaN/AlN a 1.55 µm, y propone su aplicación para dispositivos ópticos con alta velocidad de conmutación. A continuación, se estudia la respuesta óptica no lineal en capas de InN en volumen y en pozos cuánticos de InN/InGaN altamente eficientes crecidos por epitaxia de haces moleculares. La estimación de la reducción de la velocidad de la luz mediante el factor de slow-down demuestra que estas estructuras son adecuadas para el desarrollo de líneas de retardo controladas ópticamente. Por otra parte se investiga el comportamiento no lineal de capas de InN depositadas mediante pulverización catódica (sputtering) a 1.55 µm con el propósito de aplicarlas a limitadores ópticos. Para ello, primero se estudia la influencia de las condiciones de depósito en la calidad de capas delgadas de InN crecidas sobre substratos de Si(111) y GaN templates. Además, se evalua el efecto del uso de una capa optimizada de InN como capa amortiguadora (buffer) en la calidad de capas gruesas de InN. En conclusión, los presentes resultados confirman que las heteroestructuras de GaN/AlN y la tecnología basada en InN son una elección muy prometedora dentro de los semiconductores del grupo III-V para aplicaciones en el procesado todo óptico de señales a 1.55 µm.

• English

  During the last years, there has been an increasing demand of higher optical bandwidth in optical networks. The main challenge to satisfy this demand lies in the network nodes themselves, since the electronic processing of information in these nodes is inherently bandwidth limited. These nodes should thus evolve towards an all-optical control of the information. The purpose of this thesis is to investigate the potential of III-nitride-based semiconductor nanostructures for optical communication applications at telecom wavelengths. III-nitrides cover the near infrared range with two approaches: intersubband transitions in GaN/AlN heterostructures and interband transitions in InN-based structures. The knowledge of its nonlinear optical properties is crucial for the development of novel all-optical devices to be implemented in high speed (>40 Gbps) transmission systems. The first part of this thesis describes the ultrafast nonlinear optical response in GaN/AlN quantum wells and quantum dots at 1.55 um, and proposes its application to optical devices with high switching speeds. Afterwards, the nonlinear optical response in InN bulk and highly-efficient InN/InGaN multiple-quantum wells grown by molecular beam epitaxy is addressed. The estimation of the reduction of the light speed by the slow-down factor makes these structures suitable for optically controlled delay lines. Finally, the nonlinear behaviour of InN films deposited by reactive radio-frequency sputtering is investigated at 1.55 um with view to optical limiting applications. For this aim, the influence of the deposition conditions on the quality of thin InN films deposited on Si(111) and GaN template substrates is firstly studied. In addition, the effect of using an optimized InN bulk buffer layer on the features of on top deposited thick InN films is evaluated. In conclusion, current results confirm that GaN/AlN heterostructures and InN-based technology are a very promising choice among III-V semiconductor for all-optical signal processing applications at 1.55 um