基于量子阱混合的单片集成半导体激光调制器研究

发布时间：2017-05-28 14:02

  本文关键词：基于量子阱混合的单片集成半导体激光调制器研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：光子集成技术立足于解决当前迅猛增长的通信带宽需求和高成本的分立光电子器件之间的矛盾。移动互联网,大数据与云计算的兴起导致了当前对通信容量快速增长的需求。然而,当前的光通信系统主要还是基于分立光电子器件的组装,简单的规模化无法解决由此而导致的高成本,大尺寸和高能耗问题。借鉴于微电子系统大规模集成化的成功经验,光子集成技术将成为解决当前这一问题的必由之路。本论文主要研究基于InP的有源无源单片集成的激光调制器。首先,简要介绍了当前InP基单片集成的多种集成方案,并对其中性价比最高的量子阱混合(Quantum Well Intermixing,简称QWI)的工作原理和各种实现方法进行了分析。结合我们实验室的现有条件,对其中三种便于实现的QWI方法进行了研究。开发了基于A1203和Si3N4的溅射介质层诱导量子阱混合的方法,扩展了溅射介质层诱导量子阱混合方法的介质材料选择范围。其中溅射Si3N4诱导QWI的方法不仅得到了大约90nm的光致发光(Photoluminescence,简称PL)峰值波长蓝移,而且PL峰值强度还得到了大约33%的增强,而在通常的QWI方法中,PL峰值强度都是降低的。基于金属铜诱导量子阱混合的方法,得到了大约180nm的PL峰值波长蓝移和大约220%的PL峰值强度增强。针对Cu诱导QWI对有源无源区域分布不能精确控制的缺点,改进了工艺,通过增加深刻蚀槽来限制Cu在高温退火下的扩散,从而将Cu诱导QWI的效果限制在指定的区域,进而使得该方法也能够用于精确要求有源无源区域分布的情况。以此为基础,建立了适用于我们实验室的有源无源集成平台。其次,详细介绍了V型耦合腔激光器(V-Coupled Cavity Laser,简称VCCL)与电吸收调制器(Electro-Absorption Modulator,简称EAM)集成的方案。包括每个器件的结构参数,有源无源区域定义以及深刻蚀与浅刻蚀的区域分布,并给出了详细的掩膜设计图。依照工艺开发的进度,先后实现了不含QWI和含有QWI的VCCL+EAM集成器件的结构设计,制作工艺,测试以及结果分析。为了将我们开发的QWI集成平台用于该集成器件,针对添加QWI步骤后无法实现有机胶平坦化的情况,开发了基于单层Si02平坦化的工艺。并且,针对VCCL腔面Si02去除难题,开发了保留腔面Si02并镀金属反射膜的工艺。最后,详细介绍了对高速Q调制DFB激光器(Q-modulated distributed feedback laser,简称QML)如何进行基于行波法的完整物理结构的性能分析,得出了相位区的相位值与相位区的注入电流之间的对应关系,讨论了增益区注入电流对光输出眼图信号的消光比,抖动以及峰值功率波动的影响,从而为高性能QML的结构设计提供了便利的仿真工具。同样依照工艺开发的进度,先后实现了不含QWI和含有QwI的QML集成器件的结构设计与制作。测试了不含QWI的QML器件的静态特性,完成了含有QWI的QML器件的PL测试,实验结果显示出具有良好的有源无源区域分布。
【关键词】：光子集成 有源无源集成 量子阱混合V型耦合腔激光器 电吸收调制器高速Q调制
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN761
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 引言：集成是解决通信需求迅猛增长的必由之路14-16
• 1.2 基于光子集成的transmitter发展历史,现状,与未来趋势16-29
• 1.3 本论文的主要研究内容及创新点29-32
• 1.3.1 本论文的主要研究内容29-30
• 1.3.2 本论文的创新点30-32
• 第二章 基于量子阱混合的有源无源集成平台32-70
• 2.1 InP基有源无源集成方案概述32-35
• 2.2 基于量子阱混合的有源无源集成方案详述35-41
• 2.2.1 量子阱混合调整能带宽度的原理35-39
• 2.2.2 量子阱混合实现的方法39-41
• 2.3 量子阱的选择41-45
• 2.3.1 量子阱层状结构选择41-43
• 2.3.2 量子阱带宽表征43-45
• 2.4 基于氩气等离子体诱导混合的量子阱混合45-53
• 2.4.1 实验步骤详述45-50
• 2.4.2 实验结果与讨论50-52
• 2.4.3 实验补充52-53
• 2.5 基于溅射介质层诱导混合的量子阱混合53-62
• 2.5.1 实验步骤详述53-55
• 2.5.2 实验结果与讨论55-61
• 2.5.3 实验补充61-62
• 2.6 基于溅射金属铜诱导混合的量子阱混合62-70
• 2.6.1 实验步骤详述62-63
• 2.6.2 实验结果与讨论63-65
• 2.6.3 实验补充65-70
• 第三章 基于量子阱混合集成电吸收调制器的V型耦合腔激光器70-100
• 3.1 集成器件的原理介绍70-81
• 3.1.1 V型耦合腔激光器原理介绍70-74
• 3.1.2 电吸收调制器原理介绍74-77
• 3.1.3 V型耦合腔激光器与电吸收调制器集成的方案77-81
• 3.2 不含量子阱混合的集成器件81-86
• 3.2.1 器件的制作工艺81-82
• 3.2.2 器件的测试结果与讨论82-86
• 3.3 含有量子阱混合的集成器件86-100
• 3.3.1 器件的制作工艺86-94
• 3.3.2 器件的测试结果与讨论94-100
• 第四章 基于量子阱混合的高速Q调制DFB激光器100-122
• 4.1 集成器件的原理介绍与分析方法100-110
• 4.1.1 Q调制DFB激光器静态工作原理分析100-102
• 4.1.2 Q调制DFB激光器实际工作点的分析102-110
• 4.2 部分增益耦合DFB介绍110-111
• 4.3 不含量子阱混合的Q调制DFB激光器111-116
• 4.3.1 器件制作工艺简介111-114
• 4.3.2 器件测试结果与讨论114-116
• 4.4 含有量子阱混合的Q调制DFB激光器116-122
• 4.4.1 器件制作工艺简介116-119
• 4.4.2 器件测试结果与讨论119-122
• 第五章 总结及进一步工作展望122-124
• 5.1 总结122-123
• 5.2 进一步工作展望123-124
• 作者简介124-126
• 个人简介124
• 博士在读期间发表的论文情况124-126
• 参考文献126-135

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 周静涛;朱洪亮;程远兵;王宝军;王圩;;低能氦离子注入引入的量子阱混杂带隙波长蓝移[J];半导体学报;2007年01期

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3 周路;薄报学;王云华;贾宝山;白端元;乔忠良;高欣;;基于无杂质空位混杂法制备带有无吸收窗口的940nm GaInP/GaAsP/GaInAs半导体激光器研究[J];中国激光;2012年08期

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本文编号：402756