基于狹縫波導(dǎo)的光器件研究.pdf

1、現(xiàn)代大容量、高速的光通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展離不開集成光子器件的應(yīng)用。同時(shí),光子器件的應(yīng)用還滲透到如片上系統(tǒng)光互連、光伏、顯示、傳感等諸多領(lǐng)域。并向小型化、集成化、與節(jié)能化方向發(fā)展。硅材料以其高折射率差、低成本、有成熟的微電子制作平臺(tái)等優(yōu)勢(shì),越來(lái)越得到廣泛關(guān)注,并取得了一系列重要的技術(shù)突破。然而其在有源器件的制作方面仍受限于本身的物理性質(zhì)。
　　 為了利用硅材料卓越的無(wú)源特性和與微電子器件的兼容性,并彌補(bǔ)其物理性質(zhì)的不足,近年來(lái)人們嘗試通

2、過(guò)其他材料與硅的混合集成實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。如將Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體激光器、探測(cè)器與硅器件混合集成,或通過(guò)狹縫波導(dǎo)這一特殊結(jié)構(gòu)直接在硅波導(dǎo)上實(shí)現(xiàn)良好的有源特性。特別是后者,成本更低,實(shí)現(xiàn)更為簡(jiǎn)單?；诖?本論文概括了狹縫波導(dǎo)的基本原理和各項(xiàng)應(yīng)用。針對(duì)目前研究現(xiàn)狀,提出了自己的一些分析和實(shí)驗(yàn)嘗試,主要?jiǎng)?chuàng)新和貢獻(xiàn)在于:
　　 1.基于馬赫-曾德干涉儀原理,通過(guò)在狹縫波導(dǎo)中填充電光聚合物的方法,提出了一種高速電光硅基光開關(guān),長(zhǎng)度幾百微米,集

3、總型電極下調(diào)制頻率可達(dá)83GHz,功耗僅為37fJ/bit,均優(yōu)于目前普遍研究的載流子色散型同類器件。
　　 2.針對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)硅基Y分又型數(shù)字光開關(guān)性能不理想、尺寸過(guò)大的問(wèn)題,同樣通過(guò)聚合物的填充,提出了一種高速的緊湊型狹縫波導(dǎo)數(shù)字光開關(guān)。并探討了多狹縫引入帶來(lái)的性能改進(jìn)。
　　 3.針對(duì)目前垂直型狹縫波導(dǎo)在刻蝕時(shí)工藝要求過(guò)高的問(wèn)題,提出了一種利用反偏p-n結(jié)構(gòu)成的改進(jìn)電極結(jié)構(gòu)。它能夠在刻蝕深度不理想,甚至是脊型狹縫波導(dǎo)

4、的情況下,保證兩側(cè)硅電極之間的電絕緣。具有工藝容差大,制作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
　　 4.提出了基于垂直狹縫波導(dǎo)的對(duì)稱和非對(duì)稱的馬赫一曾德型微流傳感器,并采用折疊型波導(dǎo)設(shè)計(jì),大大縮短了干涉型傳感器的長(zhǎng)度,理論上具有較高的傳感靈敏度。分別采用歐洲納電子研究機(jī)構(gòu)IMEC的O.18μm工藝線和上海中芯國(guó)際的O.18μm工藝線代工制作,工藝水平居國(guó)內(nèi)前列。
　　 5.嘗試在實(shí)驗(yàn)室制作填充聚合物的水平狹縫波導(dǎo),取得了一些階段性結(jié)果,探討了