导读:本文包含了硅基激光器论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:InP,微盘激光器,散热问题,内置热沉
硅基激光器论文文献综述
王颖[1]（2019）在《硅基InP微盘激光器的散热技术研究》一文中研究指出在InP激光器的各种关键技术研究中,增益区域的散热问题是重中之重。芯片温度的升高会严重影响激光器件的工作性能,限制其正常使用。要想使InP激光器在较高的功率下进行工作,对其进行散热研究显得尤为重要。从硅基InP微盘激光器结构分析入手,采用数值模拟的方法对其进行热学分析,找到了InP激光器的主要发热因素。此外提出一种内置热沉的解决方案,并有效改善了硅基InP微盘激光器增益区域的温度分布。(本文来源于《科技经济导刊》期刊2019年28期）
张斌[2]（2019）在《硅基InAs量子点激光器器件制作及其性能测试》一文中研究指出随着微电子技术的持续发展,晶体管数目急剧增加,电互联空间急剧减小,芯片功耗和性能受到严重制约。同时随着互联网和物联网的发展,大量的数据需要通过数据中心的服务器处理,而服务器之间传统的电互联会产生大量的功耗。由此,对高速、大带宽、低功耗、低成本的互联技术提出了很大的需求。硅基光电技术可以实现高速、高集成度的光互联,同时可以用传统微电子CMOS工艺的制造,是实现片上光互连极具竞争力的解决方案。目前硅基光电子集成芯片中最大的挑战是片上光源的集成。片上光源的获得主要有键合技术和直接外延生长两种方式。键合技术较为成熟,但是由于其扩展性低的问题使得其不利于大规模集成。因此如果能采用直接生长的方式在硅基衬底上获得高质量III-V材料将会是硅基光电子集成最理想的解决方案。本论文在硅基、SOI基衬底上直接外延高质量InAs量子点发光结构的基础上,制备了不同形式的激光器器件,主要内容如下:通过微纳加工工艺制备硅基InAs量子点F-P腔电泵浦激光器。该激光器在室温下的阈值电流为190 mA,阈值电流密度为265 A/cm~2,对应谱峰的半高宽为0.1 nm,激光器的工作温度范围为-20℃~65℃。此外,研究发现封装工艺对激光器性能的发挥有很大的影响。通过微纳加工工艺制备硅基InAs量子点垂直腔面发射微腔激光器。该激光器实现低阈值功率(20μW)激射,在6 mW泵浦光下的半高宽为1.3 nm。在不同温度测试条件下,实现激光器在100℃激射,体现出器件有优异的温度稳定性。目前硅基光电子无源器件都是基于SOI衬底,因此实现SOI基光源是硅基光电技术发展中重要的一步。本文通过选用在SOI基直接生长的InAs量子点激光器结构,通过微纳加工工艺首次实现了SOI基InAs量子点微盘激光器的制备。该激光器的阈值功率为0.39 mW,对应谐振腔的品质因子(Q值)为3900。在相同条件下制备了Si基的InAs量子点微盘激光器,其阈值功率和Q值分别为0.38mW和3674。SOI和Si基InAs量子点微盘激光器的性能达到了相同结构的GaAs基InAs微盘激光器(阈值:0.33 mW和Q值:3550)几乎一样的水平。由此体现出本文的光泵浦SOI基InAs量子点激光器有优秀的性能,也反应出SOI衬底上生长的激光器结构有高晶体质量。综上,本文所采用的激光器制备方式对未来硅基光电子芯片中光源的集成有很大的应用潜力。(本文来源于《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》期刊2019-06-01）
尹海鹰[3]（2019）在《InGaAs/Si的MOCVD生长特性及硅基激光器热应力研究》一文中研究指出基于云的应用和数据中心的快速增长,对高容量和紧凑型光链路的需求显着增加。通过将光电子器件和成熟的硅基微电子器件进行集成,即光电集成,有助于解决这些需求。然而,硅基光电集成系统中可靠、低成本和高效率的硅基光源问题,尤其是1550nm通信波段的硅基光源问题还没有很理想的解决方案。尽管晶圆键合技术已被广泛研究用于Ⅲ-Ⅴ/Si集成,但是目前仍然存在产量和可扩展性问题。在Si衬底上直接外延生长Ⅲ-Ⅴ族材料被认为是实现Si基光源的最有潜力的方法之一。目前,用于实现1550 nm波长硅基光源的常用Ⅲ-Ⅴ族材料主要为InGaAsP/InP材料系。其中,InP材料与Si之间有～8%的晶格失配,因此在Si衬底上直接外延生长InP材料将会引入高密度位错。为了降低位错密度,通常需要引入缓冲层、应变超晶格等结构,最终使得通过InP材料制备的Si基激光器结构复杂,不适合于后续器件的制备和集成。基于InGaAs/Si虚拟衬底的硅基激光器制备是通过在Si衬底上外延适当组分的InGaAs材料,将InAs/(In)GaAs QD激光器波长扩展至1550 nm通信波段,从而实现长波长激光器。相比于InP与Si之间的晶格失配,该组分的InGaAs和Si之间晶格失配相对较小,可以通过简单的两步法等方法降低材料位错密度,而且量子点有源区对位错有较大的容忍度。因此,这种技术被认为是未来实现1550 nm波长硅基光源的重要方法。因而,InGaAs/Si的外延生长是实现这个方案的重要一步。在Si衬底上外延InGaAs材料面临着晶格失配、热膨胀系数差异和极性差异分别导致的穿透位错,裂纹和反向畴。其中,极性差异导致的反向畴问题可以通过使用带偏角的衬底或者V型槽图形衬底很好地解决。对于晶格失配导致的高密度位错问题,人们通过研究多种方法包括:两步法、缓冲层法和选区外延法等,在一定程度上减小了位错密度。但是,对于热膨胀系数差异导致的应力问题,目前较少研究,且主要集中于通过拉曼光谱、光致发光谱和X射线衍射仪(X-ray Diffraction,XRD)等测试手段来研究热应力。少量的理论研究工作则是通过简单的数值计算来研究两层材料结构的热应力。目前缺少对于材料器件结构热应力分布的研究,尤其是Si图形衬底结构的激光器器件,其应力分布不同于平面Si衬底结构的器件。研究其热应力分布,有助于我们更好地设计硅基激光器器件结构。本论文研究了采用两步法,通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术生长InGaAs/Si材料。同时我们对硅基V型槽衬底激光器阵列结构的热应力进行了仿真研究。论文的主要工作和成果如下:1、首次采用叁元半导体材料作为低温缓冲层,通过MOCVD技术完成了InGaAs/Si外延材料的生长。研究了InGaAs低温成核层的参数对晶体质量的影响。实验结果表明:在合适的低温成核层In组分和厚度下,低温成核层能够有效地释放应变,阻止穿透位错向上传播,使得外延材料的晶体质量最优。我们优化的InGaAs低温成核层厚度为20 nm。2、建立了硅基V型槽激光器阵列材料结构的热应力数理模型,并采用有限元方法计算和验证了仿真结果的正确性。验证结果表明:建立的热应力模型的仿真计算结果是正确可靠的。3、研究了硅基V型槽激光器阵列材料结构热应力的分布,并同平面硅结构的热应力进行了对比。研究结果表明:V型槽激光器阵列材料结构中InGaAs有源层顶部和InP盖层都表现为压应力而不是平面结构时的张应力。4、研究了硅基激光器阵列合并材料结构对热应力影响的机制。通过对硅基激光器阵列合并材料结构进行仿真并与未合并结构仿真结果进行比较。研究结果表明:由于未合并的激光器阵列材料的InGaAs和InP宽度远小于衬底宽度,导致InGaAs有源层和InP盖层承受压应力。5、研究了V型槽参数对硅图形衬底结构热应力影响的机制。研究了V型槽高度、SiO2掩模高度和宽度对激光器阵列结构热应力的影响。研究结果表明:V型槽高度和SiO2掩模高度对热应力有较大影响,而SiO2掩模宽度对应力影响较小。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2019-05-31）
王巍[4]（2019）在《1.3μm波长直接外延硅基量子点微盘激光器结构设计研究》一文中研究指出随着芯片产业的快速发展,对集成化的要求越来越高,电互连技术已经越来越接近其瓶颈——随着器件尺寸的不断减小,电子器件尺寸已经接近其物理极限,研发尺寸更小的器件需要的成本飞速升高,导致半导体技术的更新增长速度已经放缓。光互连技术具有传输速度快、带宽宽和抗干扰能力强等特点,为硅基集成芯片的发展提供了新的方向。用光电子器件取代电子器件和用光互连取代电互连有望解决片上电互连的瓶颈问题。1.3μm波长正好是光纤的一个低损耗窗口,并且在该波长处,单模光纤的总色散为零。这样,1.3 μm波长区就成了光纤通信的一个理想工作窗口,也是目前光纤通信系统的主要工作波段。硅基半导体技术在硅基电互连的发展过程中已经非常成熟,它被认为是硅基光互连领域最有前景的技术。直接外延硅基III-V族半导体材料的发光性、导电性和掺杂浓度等性能可调,方便我们对器件的各种功能进行调整和优化。除此之外,直接外延的材料生长方式使半导体材料更适合于硅基光电集成和大尺寸生长,有利于批量生产。硅基III-V族量子点微盘激光器具有高品质因数、易集成、低功耗和低成本等优点,作为硅基集成芯片光源具有非常大的优势。迄今为止,硅基微腔激光器的研究领域已经取得了许多重要进展。然而,这些研究主要集中在材料结构、生长过程和器件制备上,缺少从理论上对硅基微腔激光器结构的系统性研究。本论文主要研究了具有波导输出结构的电泵浦1.3 μm硅基InAs/InGaAs量子点微盘激光器光电性能与结构参数的关系。采用时域有限差分方法,分别探究了微盘腔直径、激光器材料包层厚度、刻蚀深度和波导宽度对微盘激光器品质因数和光学模式特性的影响。在此基础上,我们提出了两种新的输出结构,并分别对这两种结构的性能进行研究。最后通过理论分析,得到不同输出结构下微盘激光器的阈值电流。具体工作及研究成果如下:(1)研究了硅基激光器的微盘腔直径与品质因数的关系。对于直径为4 μm-12 μm的微盘腔来说,随着微盘腔直径的增大,品质因数先增后减。当直径为7 μm时,微盘腔的品质因数达到最大值。(2)研究了硅基激光器材料包层厚度对光学模式和品质因数的影响。由于有源区中的TE模可以耦合到上下包层中,并沿z和-z方向传播,这两个模式相互干扰,形成加强或减弱,从而减少或增加包层引起的垂直辐射损失。因此,微盘腔的品质因数随着包层厚度的增大而呈现周期性变化。当激光器材料包层厚度为1.75 μm时,微盘腔的品质因数达到第一个极大值。考虑到实用性与经济性,包层的优化厚度为1.75 μm。(3)研究了刻蚀深度对硅基激光器微盘腔特性的影响。当刻蚀深度为4.53 μm时,品质因数达到最大值,随着刻蚀深度增加,品质因数不再增大。这个现象表明,当刻蚀界面低于下包层与位错阻挡层的界面之后,包层对有源区中光学模式的约束能力不再随着刻蚀深度的增大而改变。因此,微盘腔的优化刻蚀深度为4.53 μm。(4)研究了输出波导宽度对硅基微盘激光器光学模式性质的影响。对于波导直接与微盘腔相连的微盘激光器,随着波导宽度的增加,微盘腔的品质因数迅速降低。由于微盘腔连接波导时,腔内的回音壁模式发生改变,模式分布发生显着变化,导致品质因数突然下降。我们分析得到波导宽度的最优值为0.5μm。(5)提出了两种新的硅基微盘激光器的输出结构。基于传统的总线输出波导结构,我们分别设计了波导与微盘腔重合的总线波导以及单端输出总线波导这两种输出结构,并通过仿真计算分别研究了这两种输出结构的性能。在微盘腔尺寸、激光器材料包层厚度和刻蚀深度一定相同的情况下,这两种结构的激光器的品质因数均在波导宽度为0.5 μm时取得最大值。对于波导与微盘腔重合的激光器结构,当切口宽度为3.5 μm,波导宽度为1.5 μm时,输出波导中的模式具有向上泄露的趋势,这种特性使得该结构适用于垂直耦合输出的结构。(6)从理论上证明上述设计的硅基微盘激光器满足激射要求。根据速率方程和激射条件,分别得到不同输出结构的硅基微盘激光器的阈值电流:对于输出波导直接与微盘腔相连的激光器,其阈值电流约为0.9 mA;对于波导与微盘腔重合的激光器,其阈值电流约为1.05 mA;对于具有单端输出波导结构的微盘激光器,其阈值电流约为1.2 mA。与其他硅基微腔激光器相比,这些阈值电流的值均在可以接受的范围内,表明我们优化设计的硅基微盘激光器可以实现激射。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2019-05-31）
胡海洋[5]（2018）在《硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器材料生长及器件制备研究》一文中研究指出近年来,信息产业突飞猛进,现代光通信网面临着空前的挑战。光纤通信网的数据处理与收发模块中包含了大量的光电子器件,所以光电子器件直接影响着光纤通信网络的综合性能。与此同时,Si基超大规模集成电路经过大半个世纪的发展,已经完全成熟,现代通信网的电子终端正是以之为基础。如果能够实现光子器件与硅基微电子器件的高度集成(即光电集成),就可以使得光通信网络与电子终端之间的联接更紧密,同时又可以充分发挥微电子器件的成熟工艺技术和光子器件系统带宽宽、传输速率高、抗干扰能力强等优势。在研究人员的长期努力下,许多硅基光器件,如硅基探测器、硅基光调制器等,都已获得成功应用,但硅基激光器方面进展缓慢。如今硅基光电集成面临的最严峻的挑战就是实现硅基激光器的实用化。然而,由于硅是间接带隙半导体材料,使得硅基发光器件的发展受到了极大限制。基于上述背景,本论文致力于通过直接外延的方式实现硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器,以解决硅基光源问题。论文围绕硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器材料生长及器件制备工艺展开研究。主要研究内容及成果如下:(1)本论文工作是在实验室前期有关GaAs/Si叁步生长法的研究成果(GaAs外延层位错密度低至3×l06 cm-2)的基础上开展的。对Si基量子阱激光器的材料生长进行了研究。优化了 AlGaAs限制层和InGaAs/AlGaAs量子阱的生长条件,制备出掺杂特性和材料质量良好的Si基量子阱激光器材料。透射电子显微镜测试结果表明,大部分位错都被限制在1.8 μm GaAs/Si外延层中,几乎没有观察到穿透位错出现在量子阱有源区。(2)完成Si基InGaAs/AlGaAs量子阱激光器芯片的制备。制作的Si基InGaAs/AlGaAs量子阱激光器实现了室温下的脉冲激射,阈值电流密度为313 A/cm2,系迄今报道过的脉冲工作的同类激光器的最低值。(3)开展了 Si基InAs/GaAs自组织量子点的生长研究。通过优化量子点的生长条件,对量子点尺寸和密度进行了调控。优化后的量子点密度达到1010 cm-2量级,高度为1.5～4 nm,基底宽度为10～20 nm。与GaAs衬底上的量子点相比,Si基量子点在密度和尺寸方面与之相近,但荧光光谱强度约为前者的50%。这一技术已应用于本论文中高质量GaAs/Si异变外延材料的生长,并成为后续GaAs/Si单片集成量子点激光器研究工作的基础。(4)提出了采用量子点位错阻挡层结合叁步生长法制备GaAs/Si材料的方案。首先理论分析了量子点尺寸对其作为位错阻挡层的效果的影响。以此为基础,实验优化了量子点位错阻挡层的生长条件。再将量子点位错阻挡层与叁步生长法相结合,在Si衬底上获得位错密度达到9×105 cm-2的高质量GaAs/Si材料。(5)进而提出了采用无定形Si缓冲层结合叁步生长法制备GaAs/Si材料的方案。对无定形Si缓冲层的外延生长条件进行了优化。将无定形Si缓冲层与叁步生长法相结合,获得表面形貌良好,位错密度仅为1.5×105 cm-2的高质量GaAs/Si材料。这一成果有望在后续硅基GaAs系单片集成激光器的研究中发挥重要作用。(本文来源于《北京邮电大学》期刊2018-06-12）
曲莫[6]（2018）在《硅基空气缝隙结构DBR激光器研究》一文中研究指出随着信息技术的快速发展,电子元件已经不能满足人们对于数据处理能力的需求,因此以光互联系统替代传统的电互联系统是近年来主要的研究方向。作为光互联系统中的重要组成部分,硅基激光器的设计和工艺制造在近年来成为了硅基光子学中主要的研究方向之一。硅是间接带隙材料,需要声子的辅助才能实现自由电子和空穴的辐射复合,因此与Ⅲ-v族等直接带隙材料相比发光效率要低很多。但是由于硅基材料的低损耗、高折射率差以及十分成熟的CMOS工艺技术,使得研究人员还是不遗余力的坚持在硅基材料上通过与其他发光材料的集成,制作出低成本、高性能的硅基混合集成激光器。在硅基激光器的设计过程中,针对激光器时域响应的数值仿真算法是一种十分有效的工具,可大大减小设计周期并降低设计成本。然而,硅基半导体激光器一般拥有复杂的叁维结构,因而很难对其进行整体的数值仿真。本文基于行波模型(TWM)和数字滤波器(Digital Filter Approach)设计了一种适用于Ⅲ-v族材料硅基分布布拉格反射(DBR)激光器的数值仿真算法,同时基于空气缝隙结构和绝缘体上硅(SOI)波导光栅设计了一种新型硅基DBR激光器。主要内容和研究成果如下:1.基于行波模型设计了适用于DFB、FP激光器的有源区数值仿真算法,考虑了温度效应的影响,实现了对激光器时域响应的模拟。2.研究了数字滤波器的原理,利用数字滤波器模拟硅基激光器的无源区域,结合行波模型算法实现了对硅基DBR激光器的整体仿真。3.设计了一种基于空气缝隙结构的新型硅基DBR激光器结构,采用Ⅲ-V/Si混合集成的方式,使用低折射率的空气缝隙结构限制和挤压光场,结合SOI波导光栅构建谐振腔,实现了 1550nm的单波长发光,并采用文中的算法对该结构进行了模拟和优化。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-15）
曹薇,肖希,马卫东[7]（2018）在《基于硅基微环的混合集成可调谐激光器》一文中研究指出可调谐激光器已经成为相干光传输系统中最重要的器件之一。文章基于现有的集成可调谐激光器模块,提出了一种新型的基于硅基光波导芯片实现器件高稳定性的小型化结构,基于该结构设计的微环可调谐激光器的外腔主要由一个半导体光放大器和两个透镜组成。针对器件进行了外置波锁分析和芯片的耦合分析,芯片与半导体光放大器之间的耦合采用双透镜和模斑转换器,因此大大提高了耦合效率,减小了腔内损耗,提高了输出功率。实验结果表明,该装置的输出功率可达14dBm,调谐范围可覆盖整个C波段。(本文来源于《光通信研究》期刊2018年02期）
任正良[8]（2017）在《应用于硅基光子集成芯片的分布反馈激光器》一文中研究指出随着人们对信息需求的不断增加,传统的通信技术已不能满足实际需求,光纤通信被更广泛的应用,以提高信息传输的速率和容量。光子集成芯片是光纤通信系统中的核心组件。硅基光子集成芯片由于可以大量借鉴集成电路的工艺,成本低,集成度高,有利于实现产业化。硅基光子集成芯片面临的最大障碍是缺少合适的光源,本论文的研究内容围绕应用于硅基光子集成芯片的光源展开。主要包括以下几个方面的内容:将石墨烯光栅引入到硅基混合集成激光器的键合界面,利用石墨烯光栅对光的吸收特性,设计了基于石墨烯光栅的分布反馈(DFB)激光器。理论计算表明该激光器在不同增益和腔长下都能够实现模式选择。与传统的折射率耦合DFB激光器相比,该激光器对端面相位和端面反射不敏感,边模抑制能力更强,在理论上具有更高的单模成品率。利用选区金属键合将掩埋脊波导结构的激光器键合到带有单层石墨烯光栅的硅波导上,制备了基于单层石墨烯光栅的硅基混合集成DFB激光器。该激光器可以在室温下连续工作,阈值电流为48 mA,最大单端输出功率为0.33 mW,能够在不同电流和温度下实现单模工作,激光器的边模抑制比(SMSR)大于48 dB。并且该激光器具有很低的热阻,=81.5℃/W。制作了基于双层石墨烯光栅的硅基混合集成DFB激光器。该激光器可以在室温下连续工作,阈值电流为38 mA,最大单端输出功率为0.11 mW,相较于基于单层石墨烯光栅的硅基混合DFB激光器的最大输出功率下降了0.22 mW。在注入电流为150 mA时,激光器的激射波长为1538.5 nm,SMSR为47.8 dB。设计并制作了应用于并行单模4通道(PSM4)硅基光子集成芯片的1.3μm大功率DFB激光器。在综合考虑载流子泄漏、自由载流子吸收以及光栅耦合系数的情况下,通过仿真优化了激光器波导限制层,光栅层的厚度和掺杂浓度,确立了1.3μm大功率DFB激光器的结构。以仿真结果为基础,我们制作了1.3μm的大功率DFB激光器,该激光器能够在室温下连续工作,单端峰值功率可达63.5 mW,单模工作时的边模抑制比可达50 dB。(本文来源于《清华大学》期刊2017-11-01）
秦璐,许兴胜,徐波,张连学,葛超洋[9]（2017）在《金属辅助透明导电键合的GaAs量子点硅基混合激光器》一文中研究指出设计并生长了发光波长1200-1300纳米GaAs基量子点材料,制作了利用ITO透明导电层作为N型电极InAs/GaAs量子点激光器结构,利用金属In与SOI波导材料辅助键合,测量了器件的电学和光学特性。(本文来源于《第十二届全国硅基光电子材料及器件研讨会会议论文集》期刊2017-05-25）
王超[10]（2017）在《硅基混合集成激光器的实验研究》一文中研究指出单片集成度的日益提高,使得光互连技术在未来的集成光学发展中扮演的作用越来越大。在大数据、云计算等新技术层出不穷的时代,高速、大容量的信息传递需求带动了超高速器件的发展,硅基光电集成技术具有的低损耗、高带宽、低成本和成熟的CMOS工艺兼容性等优势,成为了主要的研究热点。在片上光互连技术和硅基光电子技术不断更新的背景下,利用有源发光介质与硅基波导器件相集成制备片上混合光源,对片上全光通信和片上光子器件互连集成有着十分重要的意义。本文基于SOI波导谐振腔结构,利用III-V族半导体放大器(SOA)与硅基波导谐振腔构成硅基激光器,开展了硅基混合集成激光器的实验研究。完成测试谐振腔反射谱和激光谱测试系统的搭建,用于对不同器件的反射率、带宽和输出功率进行测量,还搭建了低相干模式检测系统用于检测双环内部模式分布。本学位论文的主要内容如下:1.介绍了激光激射的工作原理,谐振腔内部模场分布,分析了微环谐振腔的滤波特性,从理论上构建了微环谐振腔的设计模型,为后续微环器件的制作与实验的提供了理论依据。2.实验测试和分析了几种硅基微环反射腔,实现了高反射率,低插入损耗的硅基反射腔镜,激光输出功率最高可达6.1mW,消光比在30dB以上。3.实验研究了双环反射腔镜的模式特性,实现了输出模式可选择的激光器,并通过低相干检测系统分析了双环结构的内部模场与波长分裂特性。4.进行了 SOA与硅基反射腔镜端面集成的初步实验研究,采用金属键合方式制作了硅基混合的有源芯片,通过对接耦合方式与无源波导的进行了光路对准,测得了四种微环谐振腔的滤波谱线,并对下一步的完善实验提出了改进方案。(本文来源于《浙江大学》期刊2017-01-12）
硅基激光器论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
随着微电子技术的持续发展,晶体管数目急剧增加,电互联空间急剧减小,芯片功耗和性能受到严重制约。同时随着互联网和物联网的发展,大量的数据需要通过数据中心的服务器处理,而服务器之间传统的电互联会产生大量的功耗。由此,对高速、大带宽、低功耗、低成本的互联技术提出了很大的需求。硅基光电技术可以实现高速、高集成度的光互联,同时可以用传统微电子CMOS工艺的制造,是实现片上光互连极具竞争力的解决方案。目前硅基光电子集成芯片中最大的挑战是片上光源的集成。片上光源的获得主要有键合技术和直接外延生长两种方式。键合技术较为成熟,但是由于其扩展性低的问题使得其不利于大规模集成。因此如果能采用直接生长的方式在硅基衬底上获得高质量III-V材料将会是硅基光电子集成最理想的解决方案。本论文在硅基、SOI基衬底上直接外延高质量InAs量子点发光结构的基础上,制备了不同形式的激光器器件,主要内容如下:通过微纳加工工艺制备硅基InAs量子点F-P腔电泵浦激光器。该激光器在室温下的阈值电流为190 mA,阈值电流密度为265 A/cm~2,对应谱峰的半高宽为0.1 nm,激光器的工作温度范围为-20℃~65℃。此外,研究发现封装工艺对激光器性能的发挥有很大的影响。通过微纳加工工艺制备硅基InAs量子点垂直腔面发射微腔激光器。该激光器实现低阈值功率(20μW)激射,在6 mW泵浦光下的半高宽为1.3 nm。在不同温度测试条件下,实现激光器在100℃激射,体现出器件有优异的温度稳定性。目前硅基光电子无源器件都是基于SOI衬底,因此实现SOI基光源是硅基光电技术发展中重要的一步。本文通过选用在SOI基直接生长的InAs量子点激光器结构,通过微纳加工工艺首次实现了SOI基InAs量子点微盘激光器的制备。该激光器的阈值功率为0.39 mW,对应谐振腔的品质因子(Q值)为3900。在相同条件下制备了Si基的InAs量子点微盘激光器,其阈值功率和Q值分别为0.38mW和3674。SOI和Si基InAs量子点微盘激光器的性能达到了相同结构的GaAs基InAs微盘激光器(阈值:0.33 mW和Q值:3550)几乎一样的水平。由此体现出本文的光泵浦SOI基InAs量子点激光器有优秀的性能,也反应出SOI衬底上生长的激光器结构有高晶体质量。综上,本文所采用的激光器制备方式对未来硅基光电子芯片中光源的集成有很大的应用潜力。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
硅基激光器论文参考文献
[1].王颖.硅基InP微盘激光器的散热技术研究[J].科技经济导刊.2019
[2].张斌.硅基InAs量子点激光器器件制作及其性能测试[D].中国科学院大学(中国科学院物理研究所).2019
[3].尹海鹰.InGaAs/Si的MOCVD生长特性及硅基激光器热应力研究[D].北京邮电大学.2019
[4].王巍.1.3μm波长直接外延硅基量子点微盘激光器结构设计研究[D].北京邮电大学.2019
[5].胡海洋.硅基Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器材料生长及器件制备研究[D].北京邮电大学.2018
[6].曲莫.硅基空气缝隙结构DBR激光器研究[D].山东大学.2018
[7].曹薇,肖希,马卫东.基于硅基微环的混合集成可调谐激光器[J].光通信研究.2018
[8].任正良.应用于硅基光子集成芯片的分布反馈激光器[D].清华大学.2017
[9].秦璐,许兴胜,徐波,张连学,葛超洋.金属辅助透明导电键合的GaAs量子点硅基混合激光器[C].第十二届全国硅基光电子材料及器件研讨会会议论文集.2017
[10].王超.硅基混合集成激光器的实验研究[D].浙江大学.2017