硅基Ⅲ-V族混合集成激光器的理論設(shè)計(jì)與關(guān)鍵工藝研究.pdf

1、未來高速海量信息傳輸需求使得低成本集成光電子器件成為首選。采用硅基光電子器件用光代替電實(shí)現(xiàn)片間乃至片上光互連已成為學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。半導(dǎo)體硅材料不僅僅是電子材料，還是光子材料。成熟的微電子加工工藝為超大規(guī)模集成電路做出了特殊貢獻(xiàn)，也為硅光子學(xué)發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，極大地促進(jìn)了硅光子學(xué)的發(fā)展。人們已在絕緣體上硅(SOI)制作出陣列波導(dǎo)光柵、光波導(dǎo)調(diào)制器和光開關(guān)等諸多優(yōu)良的光波導(dǎo)器件。然而，硅是間接帶隙半導(dǎo)體材料，硅基光源成為硅光子學(xué)領(lǐng)

2、域的發(fā)展瓶頸。科學(xué)家們嘗試著許多方法來解決硅材料的發(fā)光難題,比如納米晶硅、硅基摻鉺、鍺硅等，迄今為止只有硅材料和Ⅲ-Ⅴ族材料的混合集成才能滿足器件性能需求。
　　本論文對(duì)硅基Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器進(jìn)行了理論設(shè)計(jì)，并對(duì)其關(guān)鍵的制造工藝——BCB作為中間層的Si/Ⅲ-V族半導(dǎo)體光電材料鍵合技術(shù)進(jìn)行了研究。其主要內(nèi)容和研究成果如下：
　　(1)設(shè)計(jì)了一種可調(diào)諧的單波長硅基Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器，基于Ⅲ-Ⅴ族波導(dǎo)F-P腔和硅基/Ⅲ-

3、Ⅴ族混合微環(huán)之間的游標(biāo)效應(yīng)，有望實(shí)現(xiàn)單波長激光輸出，通過硅基熱光效應(yīng)可實(shí)現(xiàn)輸出波長可調(diào)諧。
　　(2)設(shè)計(jì)了一種同時(shí)輸出四波長的硅基Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器。通過硅基采樣光柵對(duì)Ⅲ-Ⅴ族有源波導(dǎo)中的光場進(jìn)行選擇性反饋，以及與硅基微環(huán)之間共同選模作用，有望實(shí)現(xiàn)四個(gè)波長的同時(shí)激射。
　　(3)對(duì)硅基Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器的關(guān)鍵制造工藝——BCB作為中間層的Si/Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光電材料鍵合技術(shù)進(jìn)行了研究，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)摸索，開發(fā)出一套基于納