硅基混合集成高速直调激光器关键技术的研究

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中短距离的电传输网络是制约现有通信网络数据传输能力的关键因素。光互联技术将在速度提升和降低功耗等方面推动数据传输技术的进步。与传统电子互联相比,光互联可以提供更大的带宽、更低的功率和延迟特性。硅基芯片具备成本低,制造工艺与CMOS技术兼容等优点,硅光子学将逐渐成为未来光子集成电路的主要发展方向。硅光子学无论在光子集成还是在光电集成领域其器件的性能都有很大可提升空间。对于硅材料来说其中最难以解决的就是硅基光源的问题。就目前现有的技术方案比较来看,键合技术是距离实用化最近的方案。传统的键和方法有直接键合、绝缘键合、以及金属键合等。北京大学冉广照教授课题组与我们课题组共同开发的选区金属键合(SAMB)在近年来逐步受到国际同行的广泛认可。  使用半绝缘材料做为埋层材料具有横向电流限制的掩埋异质结结构(Buried Heterostructure,BH)的激光器是实现激光器高速直调的有效方法。对于实现硅基高速直调激光器来说其所涉及的技术难点可以依材料种类大致分为两个大类:其一是InP基四元材料InGaAsPⅢ-Ⅴ族高速直调激光器技术,其二为硅基SOI波导和键合技术。为最终实现硅基高速器件的研发,本论文就一些关键技术进行了初步的研究,包括掩埋异质结激光器和硅基混合集成器件的研究,具体的工作与创新点如下:  1.InP基高速直调激光器的制备,基于理论模拟,设计了器件版图和器件的流片流程,测量并分析了器件的静态特性。成果有:  1)控制生长条件,实现了电阻率达1×108Ω·cm的半绝缘InP的材料的MOCVD制备。  2)实现掩埋外延前所要求的脊台形貌的脊台制备。  3)器件结构为FP、DFB、DR-DFB的工艺流程的研发。  2.硅基有源无源共集成的光源模块,包含有4×1的MMI合波器和4波长的混合激光器阵列。制备了基于选区金属键合技术和slot波导结构的相关两种器件,对器件进行了测试,得到PIV、光谱等静态测试结果。这部分的研究成果有:  1)通过控制slot结构的波导宽度实现了对相同的FP模式进行4个不同波长的滤波选模过程,从而实现了4波长slot激光器阵列。  2)通过FDTD、Rsoft和CAMFR等仿真模拟软件设计了4波长硅基混合集成激光阵列结构。  3)实现了4通道硅基混合共集成光源模块室温下同时工作在C波段。
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