SiO_2/Si波导应力双折射数值分析

采用有限元法对SiO2/Si掩埋光波导制备工艺中的应力变化进行了系统的分析,在此基础上,应用有限差分束传播法(FDBPM)对应力光波导的双折射进行了计算.结果表明上包层的玻璃化过程是SiO2/Si波导形成水平方向和垂直方向应力差的主要原因,相应的应力双折射系数B在10-4量级.进一步的分析表明上包层B,P重掺杂可明显减小波导的双折射系数.

SiON对Si基SiO_2AWG偏振补偿的数值分析

采用全矢量交替方向隐含迭代方法系统分析了高折射率 Si ON薄膜对 Si基 Si O2 阵列波导光栅中波导应力双折射的影响 .分析结果表明在芯区上或下表面沉积 Si ON薄膜可以明显减小 Si基 Si O2 阵列波导光栅 (AWG)中波导的应力双折射 ,但这两种补偿方法容易使模场偏移中心位置 ,不利于波导与光纤的耦合 .理想的补偿方法是在芯区上下同时补偿 ,可减小模场偏移 ,并用该方法设计了偏振无关的 1 6通道 AWG.

硅基二氧化硅阵列波导光栅相位误差数值分析

采用传输函数法对硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG)的相位系统误差和随机误差进行了详细的分析.系统误差的模拟结果表明阵列波导的有效折射率和相邻阵列波导长度差ΔL的偏移将会对使中心波长λ0偏离设计值,平板波导有效折射率、阵列波导的间距、罗兰圆聚焦长度R的偏移会使通道间隔偏离设计值.随机误差的模拟结果表明相邻阵列波导长度差、阵列波导中芯区折射率、芯区宽度、芯区厚度的随机波动对AWG的串扰影响较大,而波导上、下包层折射率的波动对AWG串扰影响较小.

偏振不灵敏硅基二氧化硅阵列波导光栅设计(英文)

以深刻蚀和热氧化工艺为基础 ,提出了一种新的阵列波导光栅 (AWG)制备技术 .这一工艺可使 AWG中的波导侧向留有一硅层 .采用有限元法和有限差分束传播法分别计算了存在这一硅层时的波导应力分布和有效折射率 .结果表明由于这一侧向硅层的存在 ,使 AWG中波导在水平和垂直方向的应力趋于一致 。

16×0.8nm硅基二氧化硅AWG性能优化

对设计的折射率差为0.75%的16×0.8nm硅基二氧化硅阵列波导光栅(AWG),围绕插损和串扰问题,采用广角有限差分束传播方法(FD BPM)进行了数值模拟和优化。通过优化在输入波导、阵列波导的喇叭口,得到了插损为1.5dB、串扰为-48dB的AWG,优化后的指标已达到商用要求。

基于绝缘层上硅平坦化阵列波导光栅的单纤三向器(英文)

设计了基于绝缘层上硅(SOI)平坦化阵列波导光栅单纤三向器.三向器三个波长(1310,1490和1550nm)工作在阵列波导光栅的三个不同的衍射级数,并在阵列波导光栅的输入波导末端引入多模干涉器(MMI),实现了平坦响应的三波长波分复用.模拟结果表明基于这一设计的三向器3dB带宽为6nm,串扰小于-40dB,插损为5dB.制备的三向器经测试输出光场清晰,实现了三向器的功能.

基区复合对nSi/pSi_(1-x)Ge_x/nSi晶体管共射极电流增益的影响

采用二维数值模拟方法详细分析了基区复合电流对 n Si/p Si1- x Gex/n Si应变基区异质结双极晶体管 ( HBT)共射极电流放大系数 β的影响 ,给出了 Si1- x Gex HBT的 Gummel图、平衡能带图 .得出在靠近发射结附近基区的复合电流是引起 β下降的主要因素 ,并给出了减小基区复合电流的 Ge分布形式 .

nSi/pSi_(0.8)Ge_(0.2)/nSi与nSi/pSi/nSi晶体管直流特性的比较

采用一维有限差分方法,对生长在Si(001)衬底上的Si0.8Ge0.2应变基区异质结双极晶体管(HBT)与Si同质结双极晶体管(BJT)的直流特性进行了数值分析;给出了高斯掺杂情形下,基区中Ge含量为0.2的Si0.8Ge0.2HBT与Si同质双极结晶体管(BJT)的共射极电流放大系数图、Gummel图、平衡能带图和基区少子分布图,对比结果表明基区中Ge的引入有效地改善了晶体管的直流放大性能;其次对Si0.8Ge0.2HBT与SiBJT的大电流特性进行了比较,证实了在大电流下异质结基区少子向集电区扩展引起的异质结势垒效应,使Si0.8Ge0.2HBT的直流放大系数比SiBJT的放大系数下降更快这一实验结果.

nSi/pSi_(1-x)Ge_x/nSi 晶体管直流特性数值分析

采用一维有限差分方法，对生长在Ｓｉ（００１）衬底上的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变基区异质结双极晶体管（ＨＢＴ）的直流特性进行了数值分析，给出了高斯掺杂情形下，基区中不同Ｇｅ分布的Ｓｉ１－ｘＧｅｘＨＢＴ的共射极电流放大系数图、Ｇｕｍ－ｍｅｌ图和平衡能带图；与Ｓｉ双极同质结晶体管（ＢＪＴ）的直流特性作了对比，结果表明基区中Ｇｅ的引入有效地改善了晶体管的直流性能；其次对基区中Ｇｅ分布与ｐ型杂质在基区－集电区交界处的不一致进行了模拟，证实了基区杂质向集电区扩散产生的寄生势垒使集电极电流密度下降这一实验结果．

光纤到户平面光波回路(PLC)光分路器产业化

随着光纤到户(FTTH)国家宽带战略的实施,平面光波回路(PLC)光分路器需求量正显著增加。为此,中国科学院半导体研究所集成光电子学国家重点联合实验室专门组建了研究团队,对平面光波回路(PLC)光分路器产业化进行了专项研究,尤其是对石英基二氧化硅光分路器进行深入研究,并取得了显著成果。本文对这一研究项目的价值和意义进行了阐述,重点介绍了研究工作进展及成效,以及面临的问题,并针对未来发展趋势,提出相应的对策建议。

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5μm左右,波导截面尺寸为(350～500nm)×220nm不等.测试结果表明,波导宽度为450nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8nm,1.55μm波长附近的消光比为22.1dB.通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4℃～60℃温度范围内实现了4.8nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰.

紫外光直写杂化溶胶-凝胶SiO_2光波导器件

利用有机/无机杂化方法制备了光敏性溶胶-凝胶(sol-gel)SiO2材料,在硅基片上旋涂成膜.研究了薄膜折射率和厚度随紫外曝光时间、后烘温度及时间等外界工艺条件的变化关系.利用紫外光直写技术,制作出1×2,1×4多模干涉(MMI)型分束器,并且观测到了分光效果较好的近场输出图像.

Si基片上掺Ge SiO_2的火焰水解法制备

用火焰水解法在单晶Si片上沉积了掺Ge的SiO2 (GeO2 SiO2 )粉末 ,随后在高温炉中将此粉末烧结成玻璃 .用光学显微镜观察了样品表面形貌 ,研究了不同的烧结工艺对样品形貌的影响 .用X射线光电子能谱检测了样品的元素组成 ,并用棱镜耦合法测量了样品的折射率和厚度 .结果表明 ,用适宜的工艺条件制备出的掺Ge的SiO2 具有表面平整光滑 ,折射率和厚度可调等优点 ,适合用作Si基SiO2 波导器件的芯层 .

基于硅基二氧化硅阵列波导光栅宽带低串扰单纤三向器

采用硅基二氧化硅阵列波导光栅设计并制作了宽带低串扰单纤三向器.为使三个波长间隔相差较大的输出谱获得相同的带宽,在输出波导与罗兰圆交界采用了不同结构的多模干涉器.二维有限差分束传播法的模拟结果表明,理论上1310nm、1490nm和1550nm波长的3dB带宽分别达到23nm、23.5nm和25nm,插入损耗均为4dB,1310nm波长的串扰小于-40dB,1490nm与1550nm波长间串扰小于-40dB;采用宽带光源测试结果表明,1550nm波长的3dB带宽为23nm,采用三个独立窄带光源测试结果表明,三个波长的插入损耗均为7dB,1310nm波长的串扰小于-40dB,1490nm与1550nm波长间的串扰小于-39dB,测试与模拟结果基本一致.

火焰水解法制备硅基二氧化硅材料的析晶研究

用火焰水解法在硅基片上制备了掺杂GeO2和B2O3的SiO2光波导材料。用X射线物相衍射法(XRD)分析了掺杂和烧结工艺对材料的析晶现象的影响。结果表明,当烧结时采取自然降温,GeO2 SiO2材料由于严重析晶而完全碎裂;而当烧结后期采取快速降温,析晶过程受到很大抑制,但仍有析晶。在此GeO2 SiO2材料中掺入适量的B2O3后,得到了完全非晶态的GeO2 B2O3 SiO2材料,但B2O3掺入量过多时,又会导致析晶。

紫外写入技术制备光波导器件研究

研究了采用PECVD方法生长的Si基SiO2波导材料的光敏特性.经过高压载氢处理,利用KrF准分子激光脉冲(工作波长为248nm)在波导材料中诱导出的折射率变化量达到0.005,相对值约增加0.34%.详细研究了紫外光诱导出的折射率变化沿样品深度方向的分布情况.最后,采用紫外写入法在PECVD方法生长的Si基SiO2波导芯层中制备出了单模波导和Y分束器样品,并观测到了通光现象,实测结果与模拟结果一致.

特种非对称低损耗1×5光分路器

设计和优化了一种新型低损耗、低偏振的基于二氧化硅的特种非对称1×5光分路器.在设计Y分支结构时,输入端采用缓变展宽波导结构和直波导过渡波导相结合的结构,此结构可以使输入光场缓慢展宽,进行分束前的准备,大大减小分支结构的辐射损耗和模式转换损耗.非对称1×5光分路器第一个端口输出功率占50%,第二至五端口输出功率占50%.利用三维光束传播法模拟和优化了特种非对称1×5光分路器,模拟结果表明,该结构具有均匀性好、器件尺寸小、低损耗和低偏振等优点,1×5光分路器在1 250～1 650nm波长范围内,第一个输出端口附加损耗小于0.07dB,均匀性小于0.023dB,偏振相关损耗小于0.009dB,第二到五端口附加损耗小于0.45dB,均匀性小于0.41dB,偏振相关损耗小于0.06dB.

InP阵列波导光栅的误差分析

在InP阵列波导光栅的制作过程中会引入不同的误差,从而影响器件的性能.为了最大限度地控制误差,提高半导体器件性能,本文采用传输函数法对InP基阵列波导光栅的系统误差和随机误差分别进行了分析.从系统误差的模拟结果中可以得到如下结论:深脊型波导的有效折射率nc平均每偏移+0.000 1,中心波长偏移+0.05nm.相邻阵列波导长度差ΔL每偏移+0.01μm,中心波长将偏移+0.44nm.nc和ΔL仅仅会影响到传输谱中心通道及其他各通道对应的波长,使得传输谱发生整体漂移,而信道间隔及串扰不会改变.罗兰圆半径R偏移不会影响器件的中心通道对应的波长,但会使其它通道对应的波长发生变化,最终使得信道间隔改变,R增加50μm,信道间隔减小0.03nm.从随机误差模拟结果中,得出:波导芯区折射率、上包层折射率、衬底折射率、波导宽度和波导芯层厚度的随机波动会对阵列波导光栅的串扰产生较大的影响.根据以上分析,可以通过控制不同参量来调节器件的中心波长以及信道间隔等来优化阵列波导光栅的光学性能.

光敏性杂化SiO2波导薄膜的制备、表征及应用

利用有机/无机杂化方法制备了光敏性溶胶-凝胶（sol-gel）SiO2材料，在预生长了18μm厚的SiO2上包层的硅基片上旋涂成膜。经前烘、紫外曝光、后烘的薄膜在5μm×5μm的扫描范围内的表面粗糙度只有0．266nm，表面起伏度只有0．336nm。利用紫外光直写技术，制作出条形波导器件。SEM照片表明波导端面形状较好，侧壁陡直。对1×4多模干涉型分束器进行初步的通光测试，观察到分光效果较好的近场输出图像。

单侧耦合 1 6×0.8nm阵列波导光栅的设计、制备及测试(英文)

介绍了一种新型 16通道、10 0GHz通道间隔的硅基二氧化硅单侧耦合阵列波导光栅 (AWG) .通过增加一个Y分支波导结构 ,并且将AWG的输入、输出波导等间距整齐排列 ,实现了仅用一个光纤阵列进行AWG器件的耦合封装 .这种AWG的结构设计可以有效地减小器件尺寸 ,增加波导结构的弯曲半径 ,减少器件抛光及耦合时间 ,并降低器件成本 .