多功能有源無源光電子器件的集成晶片技術研究

《多功能有源無源光電子器件的集成晶片技術研究》是依託華中科技大學，由孫軍強擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：多功能有源無源光電子器件的集成晶片技術研究
• 項目類別：重點項目
• 項目負責人：孫軍強
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

套用於光互連的光電子集成晶片技術在數據中心、超級計算機等領域有著廣闊的套用前景，而寬頻寬、高速率、低能耗的光電子集成技術已成為當前的研究熱點與難點。本項目研究用於光互連的光發射集成晶片技術。研究矽基鍺量子點的能帶特性以及光場與聲子的相互作用機理，獲得寬頻寬、高增益的雷射增益介質；研究矽基鍺量子點與作為鑑模濾波器的微環諧振腔相結合的新型的半導體雷射器的單波長振盪機理，實現高功率、窄線寬的雷射輸出。研究Ge/SiGe量子阱光波導的吸收特性和折射率的變化機理，實現低能耗、高速率的光調製器。研究低損耗、大轉彎角度的納米結構光波導，實現矽基多路波分復用器；研究模斑變換和倏逝波耦合技術，實現光場間高效耦合。研究矽基Ge量子點、量子阱材料生長、器件製備工藝及其單片集成技術，研製出低功耗、高速率、寬頻寬以及低成本的光發射集成晶片。本項目的研究成果有利於推動光互連、光電子集成技術的發展。

結題摘要

光互連採用與積體電路晶片相類似的光子集成晶片，具有寬頻、高速、耗能低、可靠性與穩定性高以及保密性強等優點。基於矽基光電子器件的集成技術的光互連，擁有更高密度的互連集成、更寬的頻頻寬度、更低的功耗、極小的信號延遲和串擾噪聲、精確的時鐘分配等優越性，同時還能與CMOS工藝相兼容，具有廣闊的套用前景。矽基光互連的關鍵涉及光源、光調製、波分復用器件以及波導間的耦合與連線。本項目採用鍺矽體系材料來研究和製作矽基光電子集成器件，實現片上光互連。光源採用矽基張應變鍺微橋來實現，建立了一套分析應變鍺材料電學和光學特性的理論模型，設計了一種基於單軸張應變體材料鍺的電驅動分布布拉格反射雷射器，製作了一種單軸張應變鍺光源。調製器採用鍺矽應變數子阱來實現，構建了Ge/SiGe多量子阱的能帶結構模型，設計並實現了基於單軸張應變和雙軸張應變的Ge/SiGe多量子阱波導集成電吸收光調製器。波分復用器採用模式變換的方式，實現了基於非對稱均勻光柵輔助型耦合器、非對稱單側幅度切趾和雙側幅度切趾光柵輔助型耦合器的四通道波分復用。設計並製作了一種用於有源Ge/SiGe多量子阱光波導與無源SiGe波導間的垂直耦合結構。本項目實現了光源、調製器、波分復用器、耦合器等集成光電子器件，為矽基光互連提供了一條有效途徑。