检索结果-南通市图书馆

作者：马博杰北京邮电大学

学位级别：硕士

随着数字化、信息化时代的逐渐来临,数据量也随之呈现出爆炸式增长,意味着传统的以电信号为载体的电子技术逐渐受到限制。而光子具备不荷电性、互不干扰性等性质,以其作为信息载体无论是在自由空间还是介质波导中传输,都不存在任何瓶颈... 详细信息

随着数字化、信息化时代的逐渐来临,数据量也随之呈现出爆炸式增长,意味着传统的以电信号为载体的电子技术逐渐受到限制。而光子具备不荷电性、互不干扰性等性质,以其作为信息载体无论是在自由空间还是介质波导中传输,都不存在任何瓶颈效应的限制。硅基微电子集成电路具备完全成熟的大规模应用,若将光子器件和硅基微电子技术结合,就可以充分发挥硅基微电子的成熟工艺技术和光子器件的传输速率高、抗干扰性强以及低功耗等优势。目前,探测器、调制器等器件都已在硅基光电集成中得到广泛应用,作为光源的硅基激光器也取得了重大突破,并逐步迈向实用化的道路。然而,目前应用最广泛的硅基激光器大多为键合硅基激光器,而作为最有希望实现大面积硅光单片集成和降低成本的直接外延硅基激光器虽然也取得了重大进展,但是仍然存在着稳定性较差、发热严重等问题,这些问题将大幅度降低硅基激光器器件的性能,并一定程度限制了硅基激光器的应用范围。基于上述背景,本论文以提高硅基外延激光器的光电性能为主要目标,以优化激光器芯片结构为方法实现低电阻、高性能硅基激光器的制备。以此为基础,论文围绕硅基外延Ⅲ-Ⅴ族量子点激光器的结构设计、工艺制备以及性能测试展开研究。主要研究内容及成果如下:1、提出一种缩短共面电极芯片结构正负极之间横向距离降低激光器微分电阻的方案。通过对传统共面电极芯片结构进行优化设计,完成了无偏角硅基量子点激光器芯片制备。测试结果表明,芯片尺寸为2000 μm×15 μm的激光器阈值电流密度为426 A/cm2,单面输出光功率达到24mW,斜率效率为0.071 W/A,微分电阻为6.3 Ω,光电转换效率0.71%。器件在20℃至65℃工作温度范围内的特征温度为24.7 K。当注入电流从1.38倍增加到3.85倍阈值电流时,激射波长从 1301 nm 红移至 1317 nm。2、提出一种具有并联形式的对称负极芯片结构设计,并优化工艺制备了低微分电阻的激光器芯片。测试结果表明,器件实现了室温连续工作,芯片尺寸为1500μm×50 μm的激光器的阈值电流密度为496A/cm2,单面输出光功率达到70mW,斜率效率为0.074W/A,光电转换效率达到2.21%,微分电阻仅为1.52Ω,为国内外无偏角硅基激光器最低值。激光器在15℃至45℃范围内的特征温度约为43.4K。相比于传统共面电极芯片结构,该芯片结构器件的微分电阻降低了75%。当注入电流从1.2倍增加到2.8倍阈值电流时,激射波长红移量减少了 77%,特征温度由27.2 K提高到43.4 K,斜率效率增加了26.4%,电光转换效率增大了 4.7倍。因此,采用对称负极芯片结构显著了提升硅基激光器性能,为高性能硅基外延激光器芯片制备提供了一种优化的技术途径。

关键词：硅基外延激光器对称负极芯片结构微分电阻传统共面电极芯片结构

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用于单片集成的硅基外延Ⅲ-Ⅴ族量子阱和量子点激光器研究

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人工晶体学报 2023年第5期52卷 766-782页

作者：王俊葛庆刘帅呈马博杰刘倬良翟浩林枫江晨刘昊刘凯杨一粟王琦黄永清任晓敏北京邮电大学信息光子学与光通信全国重点实验室北京100876

硅基光电子技术以光电子与微电子的深度融合为特征,是后摩尔时代的核心技术。硅基光电子芯片可以利用成熟的微电子平台实现量产,具有功耗低、集成密度大、传输速率快、可靠性高等优点,广泛应用于数据中心、通信系统等领域。除硅基激光器... 详细信息

硅基光电子技术以光电子与微电子的深度融合为特征,是后摩尔时代的核心技术。硅基光电子芯片可以利用成熟的微电子平台实现量产,具有功耗低、集成密度大、传输速率快、可靠性高等优点,广泛应用于数据中心、通信系统等领域。除硅基激光器外,硅基光探测器、硅基光调制器等硅基光电子器件技术已经基本成熟,但作为最有希望实现低成本、大尺寸单片集成的硅基外延激光器仍然面临着诸多挑战。在此背景下,本文从直接外延无偏角Ⅲ-Ⅴ/Si(001)衬底、无偏角硅基激光器材料、外延技术,以及单片集成等方面探讨了近些年国内外硅基光源的研究进展,重点介绍了本研究组在硅基外延Ⅲ-Ⅴ族量子阱和量子点激光器方面的研究进展,包括无反相畴GaAs/Si(001)衬底的制备、硅基InGaAs/AlGaAs量子阱激光器材料外延、硅基InAs/GaAs量子点激光器材料外延和新型并联方式共面电极硅基激光器芯片制作等。

关键词：硅基光电子硅基外延激光器无偏角Si(001)衬底量子阱激光器量子点激光器对称负极芯片结构

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1.3μm硅基量子点分布反馈激光器设计研究

1.3μm硅基量子点分布反馈激光器设计研究

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作者：明蕊北京邮电大学

学位级别：硕士

在微电子器件的尺寸接近物理极限的情况下,仅使用电子传输信息难以实现更高的数据传输速率和更低的传输损耗,而基于光互连的硅基光电集成能达到这一目标。硅基光电集成是将微电子和光子器件集成到硅基平台上,该方法结合了两者的优点,能... 详细信息

在微电子器件的尺寸接近物理极限的情况下,仅使用电子传输信息难以实现更高的数据传输速率和更低的传输损耗,而基于光互连的硅基光电集成能达到这一目标。硅基光电集成是将微电子和光子器件集成到硅基平台上,该方法结合了两者的优点,能有效实现数据中心之间信息的高速传输。目前用于光互连的调制器、光探测器等器件都已实现硅基光电集成,但高效的硅基集成激光器仍然是一项巨大的挑战。因为硅(Si)作为一种间接带隙半导体材料,发光效率相对较低。为了解决这一问题,人们提出在Si衬底上直接外延Ⅲ-Ⅴ族材料制作半导体激光器,这为制备硅基集成光源提供了一条可靠和高效的方法。目前,利用这种方法制备的法布里-珀罗(F-P)腔激光器的性能已经非常出色,能够在35℃下实现外推寿命超过100年。然而F-P腔激光器难以实现单纵模工作,因此将多个F-P激光器应用于波分复用系统仍然面临困难,所以需要进一步研究分布反馈(DFB)激光器。DFB激光器通过光栅周期来调节波长,可以提供高边模抑制比、窄线宽和稳定的输出波长,已成为长距离光纤通信和波分复用系统的核心器件。目前Si基DFB激光器已取得一定进展,但由于输出功率过低,尚不能满足实际光通信系统的需求,因此设计出高性能的Si基DFB激光器是一个亟需解决的问题。基于上述研究背景,本文围绕1.3μm硅基量子点DFB激光器的优化设计,开展了仿真计算和实验。具体的研究内容和创新点如下:(1)提出了一种结合模式折射率方法与一维时域行波法的仿真设计方法,能全面考虑Si基量子点DFB激光器的横模与纵模特性。在优化设计中,将激光器综合性能(阈值电流密度、斜率效率、输出功率、边模抑制比)最优作为优化目标,选取脊宽、刻蚀深度、光栅的厚度和位置作为优化参数,对激光器的材料和芯片结构参数进行了优化。结果表明当脊宽为2μm、刻蚀深度为1.3μm、光栅厚度为20nm、光栅距离有源区的高度为200nm时,激光器基横模、单纵模输出。此时激光器的阈值电流密度为250A/cm2,斜率效率为0.77mW/mA,边模抑制比为48dB。当注入电流为150mA时,输出功率超过100mW。结果表明优化后的激光器可以实现低阈值电流密度和高输出功率。(2)使用改进后的双层胶工艺制备了 GaAs基量子点激光器,仅在沟槽处留下第一层光刻胶保护侧壁SiO2,使用第二层胶进行光刻,解决了窄脊激光器开电极窗口的难点问题。第一步制作出室温下脉冲激射的宽条(30μm、50μm)GaAs基激光器,验证了材料和结构的可行性。然后结合现有实验条件,使用双层胶工艺制备了双沟槽窄条(2μm、3μm、4μm)GaAs基激光器。在0℃连续条件下,激光器阈值电流为10mA,阈值电流密度为625A/cm2。当注入电流为100mA时,输出功率达6mW。

关键词：硅基外延激光器分布反馈激光器模式折射率法一维时域行波法基横模单纵模

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