硅基光电子学研究进展与趋势

近年来硅基光电子材料和器件受到高度的重视.利用外延生长和键合技术成功研制出硅基应变赝衬底、GexSi1-x/Si量子阱、高密度锗量子点、硅基InGaAsP/Si异质结,这些进展为硅基光电子器件提供了坚实的材料基础.同CMOS工艺相结合,实现了硅量子点1.17 μm的受激发射,研制出硅基Raman激光器、1.55 μm混合型激光器、高灵敏度的Si/Ge探测器、谐振腔增强型的SiGe光电二极管、调制频率30 GHz的SOI CMOS光学调制器和16×16的SOI光开关阵列等.硅光电子学将在光通信、光计算等领域获得重要应用.本文综述了国内外硅基光电子材料和器件的进展、我们的研究结果和硅基光电子学的发展趋势.

160×128元多量子阱长波红外焦平面探测器件研制

报道了新研制出的160×128元GaAs/AlGaAs多量子阱长波红外焦平面器件.使用MBE的方法在半绝缘的GaAs衬底上生长器件结构;开发了用普通光刻技术和离子束刻蚀法制备2D光栅技术,以及探测器芯片与读出电路互联技术.在77 K时测试,器件的平均峰值探测率D~*_λ=1.28×10~(10) cmW~(-1)Hz~(1/2),峰值波长为λ_p=8.1μm,截止波长为λ_c=8.47μm.器件的非盲元率≥98.8%,不均匀性10%.

表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器

在普通850 nm垂直腔面发射激光器基础上制备了表面等离子体调制的纳米孔径垂直腔面发射激光器.当小孔直径为200 nm,周围光栅的周期为400 nm时,在15 mA驱动电流下最大输出光功率达到了0.3 mW.介绍了该器件的制备工艺,并从实验和理论两方面分析了周期性光栅结构对光束的约束作用.

MOCVD生长GaN力学性能研究

采用MOCVD技术在蓝宝石衬底（0001）面上生长了GaN外延膜，利用原子力显微镜AFM、扫描电镜SEM分析了薄膜表面形貌，利用纳米压痕仪和UMT试验机考察了GaN膜的硬度、临界载荷以及摩擦学性能等。结果表明，薄膜以二维模式均匀生长，表面平整，硬度达22．1MPa，弹性模量为299．5GPa，与衬底结合紧密，临界载荷达1．6N，与GCr15钢球对磨时摩擦系数仅为0．13，与Si3N4陶瓷球摩擦时膜很快就磨穿。

采用单边大光腔结构改善电吸收调制器的光场分布

设计并制备了具有单边大光腔结构的半导体电吸收(electroabsorption,EA)调制器.模拟和测试的结果均表明:单边大光腔结构能有效地改善EA调制器的光场分布,使椭圆形的近场光斑变得圆形化,从而达到与圆形模式光纤之间的匹配,有利于提高耦合效率.

1．3μm量子点垂直腔面发射激光器高频响应的优化设计

结合垂直腔面发射激光器（VCSEL）原理以及量子点增益特点，计算了有源层P掺杂结构的量子点VCSEL的材料增益和3dB带宽，发现P掺杂结构可以大大提高频率特性．结合VCSEL激射条件和阈值特性，分析了对VCSEL结构的要求；分析了分布参数对频率特性的影响，对其外部封装提出了要求．设计了高频率响应的含氧化限制层的1．3μm量子点VCSEL结构．

甚短距离光传输（VSR-1）系统色散功率代价的分析

导出了一种用系统10％-90％上升时间所表示的最坏情况下多模光纤色散功率代价的计算方法。将最坏情况下的眼图闭合用光接收器在t0时刻的输出信号波形表示，从而得到了色散功率代价的数学表达式。为了得到光接收器输出信号波形的解析解，假设多模光纤链路是一个低通滤波器，其归一化脉冲响应是高斯形式的。用这种方法对甚短距离光传输系统VSRd的色散功率代价做了计算分析，所得结果可作为最坏情况下VSR-1链路功率预算分析的参考。

SOI基光耦合器研究进展

文章综述了国内外光耦合器的最新研究进展，着重介绍了目前耦合效率最高（55％），且与偏振无关的双光栅辅助定向耦合器的工艺流程、结构性能以及进一步提高耦合效率的可行性。

AlGaN基UV—LED的研究与进展

近年来短波长紫外LED巨大的应用价值引起了人们的高度关注，成为了全球半导体领域研究和投资的新热点。本文综合分析了AlGaN材料的生长、碎裂、掺杂和欧姆接触等问题，对UV—LED的发展历程、技术路线和研究进展进行了详细介绍，并展望了未来发展方向。

传输斜移对同步并行光传输系统性能的影响

针对一个具体的链路模型,通过计算机仿真分析了传输斜移对同步并行光传输系统性能的影响.光纤中的信号分析在频域中通过快速傅立叶变换(fast fourier transform,FFT)进行.分别计算了单信道误码率以及没有传输斜移和有传输斜移时并行信道总的误码率.计算结果表明,在噪声不是影响系统性能的主要因素时,传输斜移是决定并行光传输系统最大同步传输速率和传输距离的一个重要因素.

与标准集成电路工艺兼容的硅基光学器件研究

着重介绍了与标准集成电路工艺兼容的硅基光学器件的最新研究进展,包括硅基光发射器、硅基光波导和调制器件、硅基光电探测器和接收机以及硅基光电子集成回路的工作原理、制作工艺和集成技术.与标准集成电路工艺兼容的硅基光电子集成回路能有效地解决电互连芯片内部串扰、带宽和能耗等问题,并能够充分利用现有成熟的集成电路工艺,实现大规模生产,具有广阔的实用前景.

MS/RF CMOS工艺兼容的光电探测器模拟与测试

设计了一种新型的与MS/RF CMOS工艺全兼容、带深n阱(DNW)、浅沟槽隔离(STI)的双光电探测器,分析了其工作机理,用器件模拟软件ATLAS对其暗电流、响应电流、光调制频率响应和波长响应进行了模拟.采用TSMC 0.18 μm MS/RF CMOS工艺进行了流片,对芯片进行了暗电流和响应度的测试.模拟和测试结果均表明,该探测器与常规双光电探测器相比,具有较低的暗电流和较高的响应度.

1550nm偏振不灵敏半导体光放大器的研制

研制了有源区为InGaAs张应变体材料的1．55μm偏振不灵敏半导体光放大器（SOA）。采用束传播法计算了偏离镜面垂直方向7°的埋层波导结构模式场分布，并用平面波展开法设计了多层抗反射膜，在TE模和TM模反射率同时小于10^-4时膜厚允许误差为3％。对放大自发发射谱（ASE）和增益谱的分析表明，他们具有基本一致的偏振灵敏度。对一腔长800μm的SOA在注入电流250mA时，测量得出TE模和TM模的ASE谱偏振灵敏度小于0．5dB，增益谱3dB带宽为63nm，1550nm处光纤到光纤增益为11．9dB，3dB饱和输出功率为5．6dB，在1570nm处的噪声指数为7．8dB。而一腔长1000μmSOA耦合封装后得到的最大增益为15dB。

自组织量子点各向异性弹性应变场的数值分析

用数值方法计算了量子点的各向异性弹性应变场,得到了对应不同各向异性度的量子点弹性应变场的分布云图和沿量子点对称轴横向、纵向应变、静水应变和双轴应变变化曲线图,讨论了各向异性弹性应变场对量子点超晶格生长时的垂直相关性和量子点电子结构的影响.

Room temperature continuous wave operation of 1.33-micron InAs/GaAs quantum dot laser with high output power

Continuous wave operation of a semiconductor laser diode based on five stacks of InAs quantum dots (QDs) embedded within strained InGaAs quantum wells as an active region is demonstrated. At room temperature, 355-mW output power at ground state of 1.33-1.35 microns for a 20-micron ridge-waveguide laser without facet coating is achieved. By optimizing the molecular beam epitaxy (MBE) growth conditions, the QD density per layer is raised to 4*10^(10) cm^(-2). The laser keeps lasing at ground state until the temperature reaches 65 Celsius degree.