基于量子阱混合的單片集成半導體激光調(diào)制器研究.pdf

1、光子集成技術(shù)立足于解決當前迅猛增長的通信帶寬需求和高成本的分立光電子器件之間的矛盾。移動互聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)與云計算的興起導致了當前對通信容量快速增長的需求。然而，當前的光通信系統(tǒng)主要還是基于分立光電子器件的組裝，簡單的規(guī)模化無法解決由此而導致的高成本，大尺寸和高能耗問題。借鑒于微電子系統(tǒng)大規(guī)模集成化的成功經(jīng)驗，光子集成技術(shù)將成為解決當前這一問題的必由之路。本論文主要研究基于InP的有源無源單片集成的激光調(diào)制器。
　　首先，簡要介紹了當

2、前InP基單片集成的多種集成方案，并對其中性價比最高的量子阱混合（Quantum Well Intermixing，簡稱QWI）的工作原理和各種實現(xiàn)方法進行了分析。結(jié)合我們實驗室的現(xiàn)有條件，對其中三種便于實現(xiàn)的QWI方法進行了研究。開發(fā)了基于Al2O3和Si3N4的濺射介質(zhì)層誘導量子阱混合的方法，擴展了濺射介質(zhì)層誘導量子阱混合方法的介質(zhì)材料選擇范圍。其中濺射Si3N4誘導QWI的方法不僅得到了大約90nm的光致發(fā)光(Photolumin

3、escence，簡稱PL)峰值波長藍移，而且PL峰值強度還得到了大約33％的增強，而在通常的QWI方法中，PL峰值強度都是降低的?；诮饘巽~誘導量子阱混合的方法，得到了大約180nm的PL峰值波長藍移和大約220％的PL峰值強度增強。針對Cu誘導QWI對有源無源區(qū)域分布不能精確控制的缺點，改進了工藝，通過增加深刻蝕槽來限制Cu在高溫退火下的擴散，從而將Cu誘導QWI的效果限制在指定的區(qū)域，進而使得該方法也能夠用于精確要求有源無源區(qū)域分布

4、的情況。以此為基礎，建立了適用于我們實驗室的有源無源集成平臺。
　　其次，詳細介紹了V型耦合腔激光器(V-Coupled Cavity Laser，簡稱VCCL)與電吸收調(diào)制器（Electro-Absorption Modulator，簡稱EAM）集成的方案。包括每個器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)，有源無源區(qū)域定義以及深刻蝕與淺刻蝕的區(qū)域分布，并給出了詳細的掩膜設計圖。依照工藝開發(fā)的進度，先后實現(xiàn)了不含QWI和含有QWI的VCCL+EAM集成器件

5、的結(jié)構(gòu)設計，制作工藝，測試以及結(jié)果分析。為了將我們開發(fā)的QWI集成平臺用于該集成器件，針對添加QWI步驟后無法實現(xiàn)有機膠平坦化的情況，開發(fā)了基于單層SiO2平坦化的工藝。并且，針對VCCL腔面SiO2去除難題，開發(fā)了保留腔面SiO2并鍍金屬反射膜的工藝。
　　最后，詳細介紹了對高速Q(mào)調(diào)制DFB激光器(Q-modulated distributedfeedback laser，簡稱QML)如何進行基于行波法的完整物理結(jié)構(gòu)的性能分析，