基于量子阱混合的單片集成半導(dǎo)體激光調(diào)制器研究.pdf

1、光子集成技術(shù)立足于解決當(dāng)前迅猛增長(zhǎng)的通信帶寬需求和高成本的分立光電子器件之間的矛盾。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)與云計(jì)算的興起導(dǎo)致了當(dāng)前對(duì)通信容量快速增長(zhǎng)的需求。然而，當(dāng)前的光通信系統(tǒng)主要還是基于分立光電子器件的組裝，簡(jiǎn)單的規(guī)?；療o(wú)法解決由此而導(dǎo)致的高成本，大尺寸和高能耗問(wèn)題。借鑒于微電子系統(tǒng)大規(guī)模集成化的成功經(jīng)驗(yàn)，光子集成技術(shù)將成為解決當(dāng)前這一問(wèn)題的必由之路。本論文主要研究基于InP的有源無(wú)源單片集成的激光調(diào)制器。
　　首先，簡(jiǎn)要介紹了當(dāng)

2、前InP基單片集成的多種集成方案，并對(duì)其中性?xún)r(jià)比最高的量子阱混合（Quantum Well Intermixing，簡(jiǎn)稱(chēng)QWI）的工作原理和各種實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了分析。結(jié)合我們實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件，對(duì)其中三種便于實(shí)現(xiàn)的QWI方法進(jìn)行了研究。開(kāi)發(fā)了基于Al2O3和Si3N4的濺射介質(zhì)層誘導(dǎo)量子阱混合的方法，擴(kuò)展了濺射介質(zhì)層誘導(dǎo)量子阱混合方法的介質(zhì)材料選擇范圍。其中濺射Si3N4誘導(dǎo)QWI的方法不僅得到了大約90nm的光致發(fā)光(Photolumin

3、escence，簡(jiǎn)稱(chēng)PL)峰值波長(zhǎng)藍(lán)移，而且PL峰值強(qiáng)度還得到了大約33％的增強(qiáng)，而在通常的QWI方法中，PL峰值強(qiáng)度都是降低的?；诮饘巽~誘導(dǎo)量子阱混合的方法，得到了大約180nm的PL峰值波長(zhǎng)藍(lán)移和大約220％的PL峰值強(qiáng)度增強(qiáng)。針對(duì)Cu誘導(dǎo)QWI對(duì)有源無(wú)源區(qū)域分布不能精確控制的缺點(diǎn)，改進(jìn)了工藝，通過(guò)增加深刻蝕槽來(lái)限制Cu在高溫退火下的擴(kuò)散，從而將Cu誘導(dǎo)QWI的效果限制在指定的區(qū)域，進(jìn)而使得該方法也能夠用于精確要求有源無(wú)源區(qū)域分布

4、的情況。以此為基礎(chǔ)，建立了適用于我們實(shí)驗(yàn)室的有源無(wú)源集成平臺(tái)。
　　其次，詳細(xì)介紹了V型耦合腔激光器(V-Coupled Cavity Laser，簡(jiǎn)稱(chēng)VCCL)與電吸收調(diào)制器（Electro-Absorption Modulator，簡(jiǎn)稱(chēng)EAM）集成的方案。包括每個(gè)器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，有源無(wú)源區(qū)域定義以及深刻蝕與淺刻蝕的區(qū)域分布，并給出了詳細(xì)的掩膜設(shè)計(jì)圖。依照工藝開(kāi)發(fā)的進(jìn)度，先后實(shí)現(xiàn)了不含QWI和含有QWI的VCCL+EAM集成器件

5、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作工藝，測(cè)試以及結(jié)果分析。為了將我們開(kāi)發(fā)的QWI集成平臺(tái)用于該集成器件，針對(duì)添加QWI步驟后無(wú)法實(shí)現(xiàn)有機(jī)膠平坦化的情況，開(kāi)發(fā)了基于單層SiO2平坦化的工藝。并且，針對(duì)VCCL腔面SiO2去除難題，開(kāi)發(fā)了保留腔面SiO2并鍍金屬反射膜的工藝。
　　最后，詳細(xì)介紹了對(duì)高速Q(mào)調(diào)制DFB激光器(Q-modulated distributedfeedback laser，簡(jiǎn)稱(chēng)QML)如何進(jìn)行基于行波法的完整物理結(jié)構(gòu)的性能分析，