Si基光电子集成器件研究进展

Si 基光电子集成已成为十分引人注目的研究课题,其工艺与 CMOS 工艺完全兼容,可以实现低成本的 Si 基光电子集成器件。本文综述近几年来 Si 基光电子集成器件的发展以及一些最新的研究进展,并对器件研制、发光机理和应用前景等方面做了详细的叙述。

面向21世纪的Si基光子学

Si基光子学是近年来在半导体光电子学和纳米材料科学领域中迅速发展起来的一个新型分支学科，旨在研究各类Si基低维材料的发光特性。各种Si基光子器件的设计与制作，并进而实现用于现代光通信技术的全Si光电子集成电路。预计在未来10年内，随着Si基纳米材料发光效率的提高，器件制备技术的进步和光电子集成工艺的成熟，Si基光子学的研究将出现重大突破性进展，并很有可能引发一场新的信息技术革命。本文着重介绍了用于Si基光电集成的光子学材料、器件与工艺在近3～5年内所取得的研究进展，并预测了它们的未来发展趋势。

Si基异质结构发光的研究现状

综述了Ｓｉ 基异质结构发光研究的现状。介绍了Ｓｉ 材料本身的本征发光、激子发光、杂质发光等特性，描述了掺Ｅｒ－ Ｓｉ 的发光、Ｓｉ 基量子结构（ 量子阱、量子点） 的光发射，重点研究ＳｉＧｅ／Ｓｉ 异质结构的发光性质。同时还对多孔Ｓｉ 发光、Ｓｉ 基发光二极管（ＬＥＤ） 与Ｓｉ 双极晶体管（ＢＪＴ） 集成、Ｓｉ 基上垂直腔面发射激光器（ＶＣＳＥＬ） 与微透镜的混合集成作了简要的介绍。

热光Si共振腔型可调谐滤波器

报道了利用 Si基键合技术和化学机械抛光工艺制作的垂直结构的 Fabry- Perot可调谐滤波器 ,调谐机理为pn结正向注入电流引起的热光效应 .调谐范围可达 2 3nm,响应时间约为 30 0 μs,并给出了获得更快响应和更低能耗的热光和电注入可调谐滤波器件结构改进方案 .

SiGe材料系自组织Ge量子点研究(英文)

在当今Si基光电子研究中,SiGe材料系自组织Ge量子点是最有希望对Si材料运用能带工程实现人工改性的途径之一。Ge在Si上 4.2 %的晶格失配可以制造大小尺寸不同的纳米结构,还可适应其他多种器件需要。对自组织Ge量子点的形成过程、形貌演化、光学和电学性质,以及提高量子点平面排布有序性的方法进行了系统的分析和研究,并着重介绍了实验中发现的新现象、新模型和新方法,其中包括量子点的反常形状跃迁、自覆盖效应、Ge/Si量子点的II型能带结构。

高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的光刻制作

在SOI脊形波导上通过光刻的方法制作了高阶布拉格光栅。采用顶层Si厚为2μm的SOI基片，通过半导体芯片制备中的光刻工艺，在脊高为935nm，波导宽度为2肛m的脊形波导上，分别制作了刻蚀深度为565nm和935nm的起伏型高阶布拉格光栅，测试表明，在1540～1640nm波长范围内，得到了大于10dB的消光比，实现了高阶布拉格光栅在SOI脊形波导上的滤波效果。理论和实验都证明了光栅刻蚀深度的增大将有利于增加高阶布拉格光栅的耦合系数，以及光栅周期数的增加会引起更大的光栅损耗。

850/1550nm智能集成分波光开关的理论设计

理论分析和设计了一种用于850和1550nm两个光通信窗口的、集波长信号分离和光开关功能于一体的智能集成分波光开关,并将弧形结构全内反射面用于该集成结构中.基于Si基半导体SiGe合金材料的等离子体色散效应,对该结构智能集成分波光开关的串音、损耗、消光比等特性进行了分析和模拟计算.计算得到,作为光开关时器件的平均串音、插入损耗和消光比分别为-19,1.3和21dB,作为分波器时平均串音和插入损耗分别为-11和1.1dB.设计结果表明,该集成器件不仅能够实现850和1550nm两种波长光信号的开关,而且还能对这两种波长的光信号进行分离,是一种有前途的智能化集成分波光开关.