硅基亚微米表面光栅设计制作及驻波型谐振腔电光调制特性研究

来源 :中国科学院半导体研究所 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ivltuk70972
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硅基光电子集成回路与标准的微电子集成回路工艺兼容,能有效地解决电互连芯片内部串扰、带宽和能耗等问题,并充分利用现有成熟的集成电路工艺实现大规模生产,具有广阔的实用前景。   在集成光学领域内,波导光栅广泛地应用于光通信器件和集成光电回路中,具有特别重要的意义。采用亚微米布拉格波导光栅作为反射结构可以制作滤波器、调制器、激光器、波长转换器等各种性能优越的光子器件,使这些器件具有尺寸小、能耗低、响应快、调制深度高等诸多优点。但是制作小尺寸光栅,尤其是亚微米光栅,工艺精度要求高,制作难度大。   本文对亚微米表面波导光栅特性进行了设计与制作,采用电子束光刻(EBL)、感应耦合等离子体(ICP)刻蚀等先进半导体工艺技术,结合图形补偿等技术手段,制作了亚微米表面波导光栅,光栅周期从300nm到400nm不等。采用该光栅做反射镜,制作了法布里-波罗(F-P)谐振腔,经测试得到了与模拟相吻合的结果,峰谷比达到11dB。   硅基电光调制器是众多硅基光器件中重要一种,也是未来硅基光电集成电路不可或缺的关键部分。利用谐振腔对特定波长光波的选择性谐振,用电光调制手段改变材料折射率,从而折射率的变化转化为光强的变化,可以实现硅巾的高速光信号调制。本文对驻波型表面谐振腔结构电光调制器进行了研究,调制器光学结构采用表面光栅作反射镜的F-P腔,电学结构采用正向偏置p-i-n结构向有源区内注入载流子,此结构载流子与光场交迭区域大,调制效率高,结构简单,容易加工。本文对此种调制器结构进行了模拟,给出了制作的工艺流程,并对制作工艺进行了探索,对于工艺中出现的问题进行了分析,提出了工艺改进方案。。限制正向偏置p-i-n电光调制器速率的关键因素是载流子寿命,本文对载流子寿命进行了分析,归纳了三种可以减小载流子寿命的方法。为今后提高硅基电光调制器性能提供了有益的参考。
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