硅基光子材料和器件的进展

评述硅基光子材料和器件的进展,包括硅二极管的受激发射、具有量子结构的RCE(谐振腔增进型)光电二极管、MOS高频光调制器、SOI光开关阵列和可调谐波长滤波器,重点介绍低插入损耗、快响应的SOI基热光波导开关阵列的最新结果.以SOI为基片,成功地研制出带有全内反射(TIR)镜的重排无阻塞型光开关阵列,并首次研制出16×16阻塞型光开关阵列.在1.55μm波段,插入损耗和偏振相关性随着器件长度的增加而略微增大.如果器件的末端镀上抗反射膜,插入损耗会降低2～3dB,这些器件的上升和下降时间分别为2.1和2.3μs.     

SOI光开关速度和损耗的研究

速度和损耗是光开关的两项重要特性指标。章在介绍SOI热光型和电光型开关工作原理的基础上，分析了波导层和埋层二氧化硅厚度、电极材料、载流子寿命以及掺杂、界面质量、模式失配度和对准性等等因素对于速度和损耗的影响，并相应的提出了一些改善方案。     

微腔调制常温Ge量子点光致发光特性

报道了微腔对Ge量子点常温光致发光的调制特性.生长在SOI硅片上的Ge量子点的常温光致发光呈多峰分布,随波长增加,峰与峰之间的间隔增加.这种多峰结构与SOI硅片所形成的微腔有关,只有满足特定波长的光致发光才能透出腔体并被探测器搜集.模拟结果与实验结果吻合得很好,变功率实验也进一步证实了该结论.     

1.55μm非晶硅热光F-P腔可调谐滤波器

介绍了一种Si基热光Fabry Perot (F P)腔可调谐滤波器.F P腔由电子束蒸发的非晶硅构成.利用非晶硅的热光效应,通过对Si腔加热,改变F P腔的折射率,从而引起透射峰位的红移.该原型器件调谐范围为1 2nm ,透射峰的FWHM (峰值半高宽)为9nm ,加热效率约为0 1K/mW .精确控制DBR(分布式Bragg反射镜)生长获得高反射率镜面是减小带宽的有效途径;通过改进加热器所处位置及增强散热能力,有望进一步提高加热效率     

太赫兹Si/SiGe量子级联激光器的能带设计

使用nextnano3模拟软件计算Si/Si1-xGex/Si量子阱的能带结构,对Si/SiGe量子级联激光器有源区的能带结构进行设计,结果表明使用Ge组分为0.27～0.3,量子阱宽度为3nm的SiGe合金与垒宽为3nm的Si层构成对称应变级联异质结构,有利于优化THz Si/SiGe量子级联激光器结构.     

SOI光电子集成

SOI（Silicon-on-Insulator)光电子集成已成为十分引人注目的研究课题，其工艺与CMOS工艺完全兼容，可以实现低成本的SOI基整片集成光电子回路。本文综述了近几年来SOI集成光电子器件的发展以及一些最新的研究进展，着重分析几种最新型光无源器件的工作原理和结构，包括SOI光波导、SOI光波导耦合器、SOI光波导开关、相位阵列波导光栅（PAWG）、基于SOI的光探测器等，并介绍了中国科学院半导体所集成光电子国家重点实验室的研究进展。     

具有90nm调谐范围的1.3μm Si基MOEMS可调谐光滤波器

利用表面微机械技术,成功制作了1.3μm Si基MOEMS可调谐光滤波器.原型器件在50V的调谐电压下,调谐范围为90nm.该技术可以用于制作1.3μm Si基可调谐光探测器.     

支撑光网络发展的Si基光子集成器件的研究进展

本文报道了可用于光网络系统终端OADM和OXC的Si基长波长量子阱窄带响应光电接收器、MOEMS和F-P TO宽频域光学滤波器、M-Z型 TO光开关和MMI多路分束器以及可变光强衰减器.用应变层SiGe/Si MQW研制的RCE光电接收器响应谱半宽FWHM<6nm,外量子效率η>4.2%;采用表面微机械加工的桥式光学滤波器,当外加电压0→50V,连续可调谐范围达90nm;彩全平面工艺研制的F-P腔TO滤波器,当外加电流0→57mA时,连续可调谐范围达23nm,FWHM<0.5nm.在SOI Si基片上研制的M-Z TO波导光开关,开关时间<30μs,功耗～100mW.开关消光比为-13dB和-10dB,1×4MMI多路分束器输出光声的不均衡性<0.36dB,总插入损耗为6.9dB.用背向对接的MMI构成的M-Z干涉仪实现了光强的可变调最大衰减量26dB,响应时间为100μs,插入损耗为4.8～7dB.     

SOI光波导和集成波导光开关矩阵

报道了基于SOI (silicon-on-insulator）材料的光波导和集成波导光开关矩阵的最新研究进展. 给出了截面为梯形的脊波导的单模条件，设计制备了MMI (multimode interference）集成耦合器和基于Mach-Zehnder光波导干涉仪的热光型2×2光开关，开关转换速度达到了5～8μs，驱动功耗仅为140mW，是当前国际上同类型光开关中转换速度最快的. 在此基础上制备成功了4×4波导光开关矩阵，并实现了光信号在不同信道间的转换.     

UHV/CVD法生长硅基低位错密度厚锗外延层

采用超高真空化学气相淀积系统,以高纯Si2 H6和GeH4作为生长气源,用低温缓冲层技术在Si(001)衬底上成功生长出厚的纯Ge外延层.对Si衬底上外延的纯Ge层用反射式高能电子衍射仪、原子力显微镜、X射线双晶衍射曲线和Ra-man谱进行了表征.结果表明在Si基上生长的约550nm厚的Ge外延层,表面粗糙度小于1nm,XRD双晶衍射曲线和Ra-man谱Ge-Ge模半高宽分别为530'和5.5cm-1,具有良好的结晶质量.位错腐蚀结果显示线位错密度小于5×105cm-2可用于制备Si基长波长集成光电探测器和Si基高速电子器件.