用于模场调控及光电探测的硅基光子器件研究

发布时间：2020-12-06 09:42

　　随着现代互联网技术的发展和各种智能终端的普及,人类工作生产和日常生活对数据通信的速度、容量和质量的需求正爆发式的增长。硅基光电子集成芯片,受益于其高集成密度、低能耗、大带宽、低成本和CMOS兼容等优点,受到科研界和工业界越来越多的关注,被视为下一代光通信、光互联和光传感系统中最有前景的技术之一。过去几十年中,无数的科研工作者投入到硅光集成器件的研究中,取得了许多成果。如今,硅光集成芯片用作光通信、光互联和光传感的技术路线已经明确,大部分功能性器件也已经基本实现,但在大规模应用之前,仍然存有一些问题待解决攻克:有源器件方面,需要解决有源材料结构与硅基芯片混合集成的工艺和成本问题,无源器件方面,一是需要进一步提高器件的性能,尤其是用于偏振和模式调控的器件,二是需要统一器件使用的波导高度。为了进一步将硅光集成器件和芯片推向产业化应用,本文在用于模场调控及光电探测的硅光器件方面做了一些研究工作,在无源器件方面,我们提出并实现了一些硅基集成的高性能偏振和模场调控器件,在光电探测方面,我们提出并实现了 一种低成本、CMOS工艺兼容的光热型光电探测器件。首先,我们研究了片上的偏振调控器件。基于级联的... 

【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?Ｙｏｌｅ?Ｄ６ｖｅｌｏｐｐｅｍｅｎｔ对２０１３至２０２４年娃光集成芯片市场的预测

是科学家们目前的主要研究方向，现阶段主流的方法有三种：第一，将ｍ－ｖ族材料薄膜??通过一定的工艺处理与Ｓ０１晶圆键合，包括：直接键合［８］、肢连键合［９］和ＢＣＢ?（笨并环丁??埔，Ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）键合ｌ１Ｑ】（如图１．２（ｂ）所示为ＢＣＢ键合的工艺流程）；第二，直接在??硅材料表面外延生长ＩＩＩ－Ｖ族材料⑴⑴２』（如图１．２（ｄ）所示），使用如锗材料或超晶格材料??以减小硅和ＩＩＩ－Ｖ族材料之间的晶格失配［１３］；第三，结合前两种方法，首先在硅材料表面??外延生长一层Ｕ１－Ｖ族材料，再将生长的材料键合到已经有集成器件的硅光芯片上［１４ｉ。其??中，直接在硅材料上外延生长ＩＩＩ－Ｖ族材料的方法，从工艺上来看，最适合应用于大规模??的生产

光调制器［３１］。??为弥补硅材料较弱的电光效应，可以在硅光集成芯片上引入其它具有较强电光效应的??材料，以实现性能更高的电光调制器，如图１．３（ｂ）－（ｄ）所示，常见的用于硅基电光调制的材??料有：锗［２７］、有机电光材料［２８］，［２９］、ＩＩＩ－Ｖ族材料［３Ｇ］和石墨烯［３１］。其中，由锗硅材料设计成??的电吸收型调制器，可以实现较高的调制速率，但是其调制效率较低，因此需要较大的器??件尺寸和较高的能耗（驱动电压）；基于有机电光材料的电光调制器近年来引起了研究者??的广泛关注，受益于材料较高的电光系数，可以实现小尺寸、低电压和高调制速率的电光??调制器，但是有机材料的工艺条件较为苛刻，且稳定性不如半导体材料，是制约其发展的??因素；由ＩＩＩ－Ｖ族材料的设计成的电光调制器与ＩＩＩ－Ｖ族激光器一样，受限材料与桂光集成??８??


本文编号：2901168