硅基光电集成材料及器件的研究进展

以硅基光电集成回路为主线,综述了不同的硅基光波导材料的制备技术和硅基光波导的制作工艺及其对光传输损耗的影响。分析了硅基光波导与锗硅光探测器集成用两种不同的耦合方式,阐明了波导与探测器集成的机理及设计理论基础。归纳出硅基键合激光器的四种技术方案,指出其共同优点是克服材料异质外延引起的晶格失配和热膨胀非共容,对实现OEIC行之有效。

对硅基光电子技术发展的思考

硅基光电子技术在其自身优势、市场需求、国家战略的带动下迅速发展,面临大规模市场化的历史机遇。指出了硅基光电子在硅基多材料体系、大容量信息技术、新型耦合和封装技术等层面所面临的关键问题,包括有源器件和异质集成问题、超高集成度硅基信息系统实现、高效耦合及封装等。认为建立科研成果和市场产品之间有效的联通桥梁,促进前沿科研和产业应用的协同合作是解决这一问题的有力手段。

与标准集成电路工艺兼容的硅基光学器件研究

着重介绍了与标准集成电路工艺兼容的硅基光学器件的最新研究进展,包括硅基光发射器、硅基光波导和调制器件、硅基光电探测器和接收机以及硅基光电子集成回路的工作原理、制作工艺和集成技术.与标准集成电路工艺兼容的硅基光电子集成回路能有效地解决电互连芯片内部串扰、带宽和能耗等问题,并能够充分利用现有成熟的集成电路工艺,实现大规模生产,具有广阔的实用前景.

硅基材料的发光特性及机理

硅基发光材料及器件是实现光电子集成的关键,文章介绍了目前取得较大进展的包括多孔硅、掺铒硅、钠米硅等几种主要硅基材料的发光特性及发光机理。

三信道石墨烯电光调制和模分复用集成器件

提出了一种三信道石墨烯电光调制和模分复用集成器件,该器件由单层石墨烯覆盖的一维光子晶体纳米梁腔电光调制模块和纳米线波导模分复用模块组成。利用三维时域有限差分法进行仿真分析,结果表明,该器件可以同时实现TE0模、TE1模和TE2模的调制和模分复用功能。当波长为1570 nm时,消光比大于28.3 dB,插入损耗小于0.21 dB,信道串扰小于−28.6 dB,调制器的3 dB带宽达到100 GHz,器件尺寸约为100μm×13μm。该集成器件性能优良,在大容量光通信系统中具有重要的应用价值。

采用溶胶-凝胶法制备nc-Si/SiO_2薄膜

溶胶 凝胶方法是近年发展起来的一种新型的材料制备技术,被广泛的应用于薄膜、均匀超细粉末和陶瓷涂层的制备中。本文以正硅酸乙酯(TEOS)为原料,在乙醇共溶剂和盐酸催化剂条件下,采用溶胶 凝胶方法制备含有纳米晶硅(nc Si)的SiO2胶体溶液,通过旋涂法使溶剂迅速挥发而迅速凝胶化,经过适当温度的干燥和烧结制备了nc Si/SiO2薄膜。探讨了胶体粘度、盐酸催化剂浓度、旋涂速度和时间对成膜质量的影响。给出了nc Si/SiO2薄膜的扫描电镜图像和表征nc Si/SiO2薄膜组分的能谱图。

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.

基于自聚焦效应的新型模斑变换器

提出了一种新型的基于渐变折射率波导自聚焦效应的模斑变换器,分析了均匀折射率波导和渐变折射率波导的模式场分布及传输特性,研究了自聚焦效应的原理。利用时域有限差分法,计算得到了该变换器的插入损耗和回波损耗,所提模斑变换器与现有的最好模斑变换器的性能相当,但长度缩短至其1/6。该新型模斑变换器可用于集成光学系统中。