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

Resumen

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.