《基於III-V化合物半導體與矽異質集成的矽基光放大器》是依託華南師範大學，由劉柳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於III-V化合物半導體與矽異質集成的矽基光放大器
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉柳
- 依託單位：華南師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
矽光子晶片的製作成本低、集成度高、產量大，被認為是最具有發展前景的光集成晶片平台。但實現矽基有源光電子器件存在困難，特別是雷射器、放大器等。本項目旨在通過III-V化合物半導體和矽異質集成的方法，實現寬工作波長範圍、高效率、高增益、低噪聲、高集成度的矽基光放大器，並能與單模矽納米線波導進行高度集成。發展和改進現有的聚合物輔助鍵合的工藝，提高對聚合物鍵合層厚度的控制能力；通過改進III-V有源區域的波導形狀，最佳化耦合結構，在放大區域與單模矽納米線波導之間，實現高效、寬波長範圍的光耦合；研究高效率的光泵浦方式，最佳化結構和泵浦參數，提高信號光增益，增大轉換效率，實現實用的矽基光放大器，並研究以此為基礎的各種光處理器件。本項目計畫在國內率先建立並發展III-V和矽的聚合物輔助鍵合的關鍵技術，攻克高集成度矽基光放大器這一難題，使矽基成為一個完善的光子晶片平台，促使其進一步發展。
結題摘要
本項目旨在通過III-V 化合物半導體和矽異質集成的方法，實現有源器件與單模矽納米線波導進行高度集成，形成包括光放大器在內的各種矽基有源器件，以此為基礎研究各種光處理器件。項目自2012年1月立項，2014年12月申請結題。項目執行3年以來，按照計畫基本完成項目研究內容，並在：III-V 化合物半導體和矽異質集成工藝；高效率、高集成度光耦合器的設計和套用；以及基於上述工藝和設計的各種異質集成型光電子器件方面，取得了一定的成果。我們研究了Si納米線波導之間偏振交叉耦合效應，實現了一種矽基偏振分離和旋轉器。該器件緊湊，長度僅幾十微米，性能優異，在整個C波段的插入損耗優於-0.6dB、消光比高於12dB。我們設計了一種用於異質集成中的Si和IIIV波導之間耦合超短絕熱taper，該taper採用準三維設計，taper長度只有傳統的約1/10（小於10um），是目前利用III/V異質集成技術中最短的taper設計。我們研究了苯並環丁烯（BCB）聚合物輔助鍵合的工藝，提出了一種新型雙面刻蝕的IIIV納米線波導結構。該波導在各個方向上都具有強限制，在有源區具有更大的限制因子，因此可以更好實現如光放大器等有源器件。同時，由於採用雙面刻蝕的工藝，可以仍然採用電注入的形式，更適合套用於光電集成晶片。採用研究的聚合物鍵合工藝，我們還實現了高靈敏度的相位感測型矽基微環感測器。結合上述提到的異質集成的工藝和耦合設計，我們設計了多通道波分復用型光處理晶片。通過集成2個陣列波導光柵復用器\解復用器和12個異質集成有源器件，我們實現了集合傳輸速率達到180Gbps光發射晶片，指標處於國際領先水平。項目執行期間，共發表文章6篇（其中影響因子大於9的1篇），在投3篇；發表論著章節1篇；國際學術會議邀請報告1篇；申請專利2項。另外，經由本項目由負責人協調，於2012年11月7日至2012年11月10日，在廣州花園酒店舉辦了2012年亞洲通信與光電子國際會議（Asia Communications and Photonics Conference 2012 ACP）。ACP是目前亞太地區規模最大、參會人數最多、影響力最廣泛的光電子學術會議，被譽為“國際三大光通信會議”之一。依託本項目，該次會議申報了國家自然基金國際合作與交流項目，並獲得的資助，也已順利結題。項目執行期間還培養了碩士研究生兩名。
