应用于光互联的集成收发一体芯片的研究
发布时间：2022-12-18 21:32
在信息技术发展日新月异的今天,大数据和云计算等新兴技术对于数据中心的性能产生了更高的需求。目前大型科技公司、银行、运营商等,在新业务的驱动下,对于计算资源的需求越来越高,计算集群的规模也有较大幅度的增长。机架内、机架间与数据中心间流量需求增长也很迅速。因此,传统的电互联技术由于其较高的能耗、较低的带宽与较短的传输距离等缺陷而正在被光互联技术所替代。目前,在光互联技术收发端口所使用的解决方案中,其模组依然由分立的发送模块与接收模块组成,集成度相对较低。如果可以实现激光器与光探测器的垂直集成,那么就可以增加模块的集成度,减小封装复杂度。但是由于在器件设计和工艺上存在一定难度,目前各个研究小组在垂直集成方案上研究较少。本文提出了一种基于垂直腔面发射激光器与光探测器垂直集成的单纤双向光互联方案,解决了在激光器与光探测器之间的光学解耦与电学隔离问题,在芯片同一端面上,且在同一直线光路上（垂直于该端面）实现了双工信号光的出射和入射,这不仅大大提高了光互联模组的集成度,而且降低了模组封装的复杂性,从而在提升模组性能的同时降低了成本。本文主要研究内容与创新点如下:1.基于薄膜光学相关理论,根据集成芯片...
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 论文结构安排
参考文献
第二章 光互联技术及集成收发模块研究现状
2.1 光互联技术的发展及应用场景
2.2 光收发模块发展及其现状
2.3 单片集成激光器与光探测器的结构特点与研究现状
2.4 本章小结
参考文献
第三章 VCSEL的理论基础
3.1 VCSEL的基本理论
3.1.1 垂直腔面发射激光器的器件结构
3.1.2 垂直腔面发射激光器性能参数分析
3.2 量子阱激光器
3.2.1 量子阱激光器的工作原理
3.2.2 量子阱激光器工作特性
3.3 DBR反射镜的设计
3.3.1 DBR反射率的计算
3.3.2 DBR的损耗
3.3.3 DBR的串联电阻
3.4 本章小结
参考文献
第四章 基于垂直腔面发射激光器与谐振腔光探测器垂直集成结构的一体收发芯片
4.1 背景及应用场景
4.2 集成器件设计目标
4.3 集成器件结构
4.4 集成器件设计
4.4.1 激光器与光探测器间光学解耦方案及其原理
4.4.2 激光器与光探测器间电学隔离方案及其原理
4.5 仿真结果与讨论
4.5.1 垂直腔面发射激光器的仿真
4.5.2 器件的有源仿真
4.5.3 器件性能仿真结果
4.5.4 器件解耦性能分析
4.6 器件高频响应性能
4.7 本章总结
参考文献
第五章 集成器件工艺设计及其实现
5.1 器件整体工艺流程设计
5.2 器件的工艺实现设计
5.3 本章小结
5.4 参考文献
第六章 关键工艺实现
6.1 SiO_2膜溅射
6.2 以光刻胶为掩膜的GAAS材料的ICP刻蚀
6.2.1 实验设计
6.2.2 实验结果及相关讨论
6.3 以二氧化硅为掩膜的GAAS材料ICP刻蚀
6.4 RIE刻蚀二氧化硅
6.4.1 实验
6.5 本章小结
参考文献
总结与展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]多台阶器件结构深层表面光刻工艺优化[J]. 孙丽媛,高志远,邹德恕,张露,马莉,田亮,沈光地. 物理学报. 2012(20)
[2]980nm底发射VCSEL的DBR设计与优化[J]. 李特,宁永强,郝二娟,崔锦江,张岩,刘光裕,秦莉,刘云,王立军,崔大复,许祖彦. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(08)
[3]图形反转工艺用于金属层剥离的研究[J]. 陈德鹅,吴志明,李伟,王军,袁凯,蒋亚东. 半导体技术. 2009(06)
[4]GaN/SiO2刻蚀选择比的研究[J]. 肖国华,付铁利,郑珏琛,唐兰香. 微纳电子技术. 2009(04)
[5]GaInAs/GaAs应变量子阱能带结构的计算[J]. 晏长岭,秦莉,宁永强,张淑敏,王青,赵路民,刘云,王立军,钟景昌. 激光杂志. 2004(05)
[6]垂直腔面发射激光器DBR结构反射特性分析[J]. 张存善,张延生,段晓峰,赵红东,刘文楷. 光电子·激光. 2002(01)
[7]光电子集成回路（OEIC）——未来光通信产业发展的关键[J]. 王启明. 中国科学院院刊. 1989(02)
博士论文
[1]光纤通信系统中接收端光电器件集成结构及工艺兼容若干问题的研究[D]. 骆扬.北京邮电大学 2014
[2]高温工作垂直腔面发射半导体激光器研究[D]. 张建伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[3]大功率垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D]. 张立森.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[4]氧化锌基材料紫外发光性质研究[D]. 赵东旭.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]N面出光980nmVCSEL的工艺研究[D]. 葛丁壹.长春理工大学 2011
[2]PECVD制备玻璃态SiO2薄膜技术研究[D]. 孙钰林.长春理工大学 2009
本文编号：3722803
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 论文结构安排
参考文献
第二章 光互联技术及集成收发模块研究现状
2.1 光互联技术的发展及应用场景
2.2 光收发模块发展及其现状
2.3 单片集成激光器与光探测器的结构特点与研究现状
2.4 本章小结
参考文献
第三章 VCSEL的理论基础
3.1 VCSEL的基本理论
3.1.1 垂直腔面发射激光器的器件结构
3.1.2 垂直腔面发射激光器性能参数分析
3.2 量子阱激光器
3.2.1 量子阱激光器的工作原理
3.2.2 量子阱激光器工作特性
3.3 DBR反射镜的设计
3.3.1 DBR反射率的计算
3.3.2 DBR的损耗
3.3.3 DBR的串联电阻
3.4 本章小结
参考文献
第四章 基于垂直腔面发射激光器与谐振腔光探测器垂直集成结构的一体收发芯片
4.1 背景及应用场景
4.2 集成器件设计目标
4.3 集成器件结构
4.4 集成器件设计
4.4.1 激光器与光探测器间光学解耦方案及其原理
4.4.2 激光器与光探测器间电学隔离方案及其原理
4.5 仿真结果与讨论
4.5.1 垂直腔面发射激光器的仿真
4.5.2 器件的有源仿真
4.5.3 器件性能仿真结果
4.5.4 器件解耦性能分析
4.6 器件高频响应性能
4.7 本章总结
参考文献
第五章 集成器件工艺设计及其实现
5.1 器件整体工艺流程设计
5.2 器件的工艺实现设计
5.3 本章小结
5.4 参考文献
第六章 关键工艺实现
6.1 SiO_2膜溅射
6.2 以光刻胶为掩膜的GAAS材料的ICP刻蚀
6.2.1 实验设计
6.2.2 实验结果及相关讨论
6.3 以二氧化硅为掩膜的GAAS材料ICP刻蚀
6.4 RIE刻蚀二氧化硅
6.4.1 实验
6.5 本章小结
参考文献
总结与展望
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]多台阶器件结构深层表面光刻工艺优化[J]. 孙丽媛,高志远,邹德恕,张露,马莉,田亮,沈光地. 物理学报. 2012(20)
[2]980nm底发射VCSEL的DBR设计与优化[J]. 李特,宁永强,郝二娟,崔锦江,张岩,刘光裕,秦莉,刘云,王立军,崔大复,许祖彦. 中国科学（F辑:信息科学）. 2009(08)
[3]图形反转工艺用于金属层剥离的研究[J]. 陈德鹅,吴志明,李伟,王军,袁凯,蒋亚东. 半导体技术. 2009(06)
[4]GaN/SiO2刻蚀选择比的研究[J]. 肖国华,付铁利,郑珏琛,唐兰香. 微纳电子技术. 2009(04)
[5]GaInAs/GaAs应变量子阱能带结构的计算[J]. 晏长岭,秦莉,宁永强,张淑敏,王青,赵路民,刘云,王立军,钟景昌. 激光杂志. 2004(05)
[6]垂直腔面发射激光器DBR结构反射特性分析[J]. 张存善,张延生,段晓峰,赵红东,刘文楷. 光电子·激光. 2002(01)
[7]光电子集成回路（OEIC）——未来光通信产业发展的关键[J]. 王启明. 中国科学院院刊. 1989(02)
博士论文
[1]光纤通信系统中接收端光电器件集成结构及工艺兼容若干问题的研究[D]. 骆扬.北京邮电大学 2014
[2]高温工作垂直腔面发射半导体激光器研究[D]. 张建伟.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2013
[3]大功率垂直腔面发射激光器的结构设计与研制[D]. 张立森.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2012
[4]氧化锌基材料紫外发光性质研究[D]. 赵东旭.中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所） 2002
硕士论文
[1]N面出光980nmVCSEL的工艺研究[D]. 葛丁壹.长春理工大学 2011
[2]PECVD制备玻璃态SiO2薄膜技术研究[D]. 孙钰林.长春理工大学 2009
本文编号：3722803
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3722803.html
