异质兼容集成半导体光电子器件与集成基元功能微结构体系

以纳米压印光栅制作为基础,研究了适应纳米压印工艺的对接生长材料结构及生长工艺,生长的材料均匀性好,适合后续器件工艺制作。通过理论设计及实验研究,优化了浅刻蚀有源波导及深刻蚀无源波导的变换结构,降低了器件的转换损耗及回波损耗。结合后续制作的器件,对接界面插入损耗可以小于1.5 d B。完成了多种多波长阵列DFB激光器及高性能DFB激光器的制作,包括16通道200 GHz,300 GHz间隔1550 nm波段阵列激光器,4通道20 nm间隔1310 nm波段阵列激光器,双八分之一相移激光器,非对称三相移激光器,变节距啁啾调制激光器等,广泛的验证了压印工艺的可靠性及适应性。研究了阵列器件的热调谐特性及热串扰特性,取得了器件热特性数据。为下一步编写阵列器件波长控制程序取得了实验数据。依据2012年度In P基AWG测试结果,对AWG的结构设计数据进行了修正并重新设计。修正设计后制作的通道波长间隔为1.56 nm,通道中心波长1549.7 nm,串扰小于1.5d B。完成了四通道阵列激光器与多模干涉结构合波器(MMI)的单片集成芯片的设计、制作与测试,针对集成芯片完成了器件的封装设计。由于集成芯片管脚非常多,直流偏置,微波信号,热调谐信号互相之间存在耦合,串扰,布线交叉等。为此采用了多层过渡板结构,有效的将各个管脚分开,降低电学串扰。搭建芯片测试平台系统。完成了多波长半导体微环激光器的的制备与测试,采用In P基多量子阱激光器外延材料结构,利用感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术和Si O2钝化工艺,研制了基于环形谐振腔的双波长半导体激光器样品,实现了激光光源的单片集成。改变激光器的注入电流,可调节峰值波长与波长间隔。对In P基长波长10 Gb/s单片集成OEIC光接收机进行了电路建模、共基极和共发射极OEIC集成电路设计、制备与测试,跨组放大器达到10 Gb/s传输速率,PIN探测器带宽实现7.8 GHz,OEIC器件传输速率达到4 Gb/s,眼图清晰。探索了Si基准单片光发射OEIC方案的可行性。该方案是在Si片衬底上湿法腐蚀出沟槽,并在沟槽里溅射金属层,将FP激光器芯片贴装在沟槽里,通过金属层将电极引出,与Si CMOS激光驱动电路实现准单片集成。