大功率低阈值980nm单模AlGaInAs/AlGaAs量子阱激光器

To achieve low threshold current as well as high single mode output power,a graded index separate confinement heterostructure(GRIN-SCH)AlGaInAs/AlGaAs quantum well laser with an optimized ridge waveguide was fabricated.The threshold current was reduced to 8 mA.An output power of 76 mW was achieved at100 mA current at room temperature,with a slope efficiency of 0.83 W/A and a horizon divergent angle of 6.3.The maximum single mode output power of the device reached as high as 450 mW.     

应用于光互连的金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器

硅基键合III-V 材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合III-V/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现III-V/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

混合光栅型的三段式自脉动DFB激光器

制作了1.55μm InGaAsP-InP三段式混合光栅型DFB激光器.观察到了20GHz左右的自脉动信号.讨论了自脉动的产生机制,并且对调相区所起的作用进行了研究.     

新型亚波长光栅横向腔面发射激光器

本文报道一种新型的横向腔面发射激光器,基于亚波长光栅平面内的横向谐振与垂直发射。器件采用不含DBR结构的商用波导外延材料,不需要晶片键合技术。在1552.44 nm处获得了23.0 dB的边模抑制比,最高输出功率5.32 mW。此单模激射与带边模式计算相吻合。在3维的模拟中,我们观察到光栅表面的光输出。     

光泵浦Si衬底GaN基回音壁模式微盘谐振腔激光器

氮化镓基微盘结构光学谐振腔具有波长选择范围宽、模式体积小和激射阈值低等特点,其在腔量子电动力学、低阈值激光器、生物传感器等方面具有重要的研究价值.通过优化制备微盘的干法刻蚀工艺及选择性湿法腐蚀技术,制备出侧壁陡峭且光滑的高Q值Si衬底GaN基回音壁模式微盘谐振腔,该微盘谐振腔的制备工艺简单、表面损伤小.在室温、266 nm短波长激光泵浦条件下,微盘谐振腔激光器实现了激射,阈值为2.85 MW/cm2,Q值达到2161.     

大气通信用新型半导体激光器

大功率半导体激光器可在大气空间通信系统作发射光源。文章阐述了器件的基本理论,对光模限制因子进行了计算,并开展了器件制作工作。所得器件峰值波长为1 540 nm,出纤功率大于15 mW。     

基于GaAs基大功率激光器的热分析

The thermal characteristics of 808 nm Al Ga As/Ga As laser diodes(LDs) are analyzed via electrical transient measurements and infrared thermography. The temperature rise and thermal resistance are measured at various input currents and powers. From the electrical transient measurements, it is found that there is a significant reduction in thermal resistance with increasing power because of the device power conversion efficiency. The component thermal resistance that was obtained from the structure function showed that the total thermal resistance is mainly composed of the thermal resistance of the sub-mount rather than that of the LD chip, and the thermal resistance of the sub-mount decreases with increasing current. The temperature rise values are also measured by infrared thermography and are calibrated based on a reference image, with results that are lower than those determined by electrical transient measurements. The difference in the results is caused by the limited spatial resolution of the measurements and by the signal being captured from the facet rather than from the junction of the laser diode.     

应用于光子集成的硅基混合集成人工微结构硅波导输出激光器研究

目前,硅光子集成在光通信和信号处理、微电子系统的片内和片间互连领域成为研究热点。虽然其基础元件如波导、输入/输出(I/O)耦合器、波分复用器、调制器和光探测器性能达到了一定水平,但是硅光子集成回路仍面临挑战,原因是硅基激光光源的制作仍然是一个技术难题。综述了近年来硅基混合集成激光器的进展,介绍了课题组的研究成果。将微结构引入到硅基混合集成硅波导输出激光器中,提出了新型的III-V/硅混合集成的微结构硅波导输出单模激光器。此新型激光器工作在通信波段。其中,InGaAlAs增益结构是通过晶片直接键合的方式与具有微结构的SOI(Si/SiO2/Si)集成。激光器模式选择机制是基于SOI中的周期微结构,仅通过标准光刻即可实现。微结构激光器室温连续输出为0.85mW,脉冲输出为3.5mW,边模抑制比为25dB。     

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管

硅基Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管已经成为高速、低功耗纳米级器件的重要发展方向。首先,从气相-液相-固相生长和选择区域生长的角度,阐明了在硅衬底上无位错生长高晶体质量Ⅲ-Ⅴ族纳米线的机制。在此基础上,介绍了垂直结构和水平结构Ⅲ-Ⅴ族纳米线晶体管的制备方法。研究表明,垂直结构纳米线容易实现高密度生长,而水平结构纳米线有利于逻辑栅的制作。通过比较垂直生长、水平生长、衬底转移和自上而下纳米加工技术制备Ⅲ-Ⅴ族纳米线的工艺优缺点,为水平结构Ⅲ-Ⅴ族纳米线在硅衬底上的大面积异构集成及其器件的制作提供了新的解决方案。     

介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成金属限制激光器

硅基键合Ⅲ-Ⅴ材料激光器,作为互补氧化物半导体(CMOS)兼容硅基光互连系统中的一个关键元件,近年来引起了人们的高度重视并得到了广泛的研究。金属限制结构可以增强器件对光场的限制,提高界面反射率和工艺容差,从而实现小体积低能耗硅片上集成光源。对金属限制介质辅助键合Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器进行了研究,介绍了该激光器的基本原理和实验方案,并对制作的不同结构激光器的特性进行了分析,该研究工作的开展将有助于实现Ⅲ-Ⅴ/硅基混合集成激光器在低能耗高带宽的硅基光互连中的应用。     

基于端面耦合的InP基激光器/硅光波导混合集成技术研究

针对硅光子集成回路缺少实用化光源的问题,提出了一种1.55μm波段InP基FP激光器芯片、InP基PIN光电探测器芯片与硅光波导芯片集成模块的设计与制备方法。使用CMOS工艺兼容的硅光无源器件制备工艺,设计并制备了倒拉锥型端面耦合器,与锥形透镜光纤耦合效率为36.7%。采用微组装对准技术将激光器芯片与硅波导芯片耦合、UV固化胶固化后耦合效率为35.8%,1 dB耦合对准容差横向为1.2μm,纵向为0.95μm。     

5.36μm InP基一维光子晶体量子级联激光器

制作了基于InP基量子级联激光器的一维光子晶体.采用普通光学曝光的方法代替电子束曝光,结合反应耦合等离子刻蚀,在激光器的一侧腔面制作出4个周期的空气/半导体对作为Bragg反射器.对于一个22μm宽,2mm长的正焊器件,80K下的光谱测试证实了其准连续激射,激射波长为5.36μm.     

对硅基拉曼激光器性能的实验分析

为了解决拉曼激光器的非线性光学损耗严重以及输出效率偏低的问题,利用受激拉曼散射(SRS)的非线性频移机制,以Si元素作为拉曼激光器的增益介质设计了激光器的结构.根据硅元素波导理论,在拉曼激光器的波导结构中设计了一个反向偏置电压的p-i-n二极管,通过控制调节该反向电压值降低有效载流子寿命,从而降低由双光子吸收(TPA)...     

基于表面等离子体激元的硅基激光器

研究了一种超薄硅单层与掺铒硅单层/金属薄膜/硅衬底(Si:SiEr/Metal/Si,SEMS)型硅基激光器结构.利用表面等离子体激元局域增强效应提升了硅基增益介质材料在1.54μm波长点的光学增益特性.通过优化金属材料厚度、铒离子极化方向和铒离子位置等参量,减小表面等离子体激元所带来的光学损耗.结果表明,当金属材料厚度小于20 nm时,硅基激光器的净增益系数范围为1～36 cm-1.     

Si光电负阻器件和Si-Ge异质结混合模式晶体管的模拟研究

“硅光负阻器件的研究”、“高频高速硅光负阻器件的研究”是国家自然科学基金和天津自然科学基金资助的项目,由天津大学电子信息工程学院微电子系新型器件小组承担研究工作。笔者围绕着该两项课题进行了硅光电负阻器件的基础研究工作,对两种硅光电负阻器件的机理进行了探讨。进行了二维器件模拟（简称器件模拟）,对影响器件性能的主要参数进行了模拟分析,并与实验进行了对比。建立了两种光电负阻器件的电路模型,并进行了实验验证。为光电负阻器件基础研究和应用研究打下了良好的基础。“SOI／SiGe/BiCMOS集成电路的研究”是国家自然科学基金重点项目,天津大学和清华大学共同承担了这项研究工作。笔者围绕着该项研究工作进行了SiGe/BiMOS的基础研究和设计工作,进行了器件模拟,对影响器件性能的主要参数进行模拟分析,模拟为器件设计提供了有意义的指导,完成版图设计和工艺设计。为SOI／SiGe/BiCMOS集成电路的研制奠定良好开端。具体研究的主要内容包括以下九个方面。     

硅基氮化镓波长可调DFB激光器的模拟分析

基于严格耦合波以及介质平板波导理论,构建了硅基氮化镓分布反馈激光器的二维稳态物理模型。且利用多物理场直接耦合分析软件Comsol Multiphysics求解波动方程,得到了分布反馈激光器在可见光各波段形成单模输出的电场模一维、二维图谱,以及相对应的入射波长与电场模关系曲线。结合硅基光微机电系统技术和微加工技术,本文提出利用悬空的自支撑氮化镓周期可调光子光栅实现分布反馈激光器波长可调。数值模拟表明,在光栅的格子数目、光栅厚度、光栅宽度以及有源层厚度一定的情况下,改变光栅周期可以实现分布反馈激光器输出不同波长激光。理论分析与仿真结果基本一致,证明所建立激光器模型具有一定的合理性,得出的仿真数据为实现分布反馈激光器波长可调提供了有意义的参考。