本文主要研究内容
作者王巍（2019）在《1.3μm波长直接外延硅基量子点微盘激光器结构设计研究》一文中研究指出：随着芯片产业的快速发展,对集成化的要求越来越高,电互连技术已经越来越接近其瓶颈——随着器件尺寸的不断减小,电子器件尺寸已经接近其物理极限,研发尺寸更小的器件需要的成本飞速升高,导致半导体技术的更新增长速度已经放缓。光互连技术具有传输速度快、带宽宽和抗干扰能力强等特点,为硅基集成芯片的发展提供了新的方向。用光电子器件取代电子器件和用光互连取代电互连有望解决片上电互连的瓶颈问题。1.3μm波长正好是光纤的一个低损耗窗口,并且在该波长处,单模光纤的总色散为零。这样,1.3 μm波长区就成了光纤通信的一个理想工作窗口,也是目前光纤通信系统的主要工作波段。硅基半导体技术在硅基电互连的发展过程中已经非常成熟,它被认为是硅基光互连领域最有前景的技术。直接外延硅基III-V族半导体材料的发光性、导电性和掺杂浓度等性能可调,方便我们对器件的各种功能进行调整和优化。除此之外,直接外延的材料生长方式使半导体材料更适合于硅基光电集成和大尺寸生长,有利于批量生产。硅基III-V族量子点微盘激光器具有高品质因数、易集成、低功耗和低成本等优点,作为硅基集成芯片光源具有非常大的优势。迄今为止,硅基微腔激光器的研究领域已经取得了许多重要进展。然而,这些研究主要集中在材料结构、生长过程和器件制备上,缺少从理论上对硅基微腔激光器结构的系统性研究。本论文主要研究了具有波导输出结构的电泵浦1.3 μm硅基InAs/InGaAs量子点微盘激光器光电性能与结构参数的关系。采用时域有限差分方法,分别探究了微盘腔直径、激光器材料包层厚度、刻蚀深度和波导宽度对微盘激光器品质因数和光学模式特性的影响。在此基础上,我们提出了两种新的输出结构,并分别对这两种结构的性能进行研究。最后通过理论分析,得到不同输出结构下微盘激光器的阈值电流。具体工作及研究成果如下:(1)研究了硅基激光器的微盘腔直径与品质因数的关系。对于直径为4 μm-12 μm的微盘腔来说,随着微盘腔直径的增大,品质因数先增后减。当直径为7 μm时,微盘腔的品质因数达到最大值。(2)研究了硅基激光器材料包层厚度对光学模式和品质因数的影响。由于有源区中的TE模可以耦合到上下包层中,并沿z和-z方向传播,这两个模式相互干扰,形成加强或减弱,从而减少或增加包层引起的垂直辐射损失。因此,微盘腔的品质因数随着包层厚度的增大而呈现周期性变化。当激光器材料包层厚度为1.75 μm时,微盘腔的品质因数达到第一个极大值。考虑到实用性与经济性,包层的优化厚度为1.75 μm。(3)研究了刻蚀深度对硅基激光器微盘腔特性的影响。当刻蚀深度为4.53 μm时,品质因数达到最大值,随着刻蚀深度增加,品质因数不再增大。这个现象表明,当刻蚀界面低于下包层与位错阻挡层的界面之后,包层对有源区中光学模式的约束能力不再随着刻蚀深度的增大而改变。因此,微盘腔的优化刻蚀深度为4.53 μm。(4)研究了输出波导宽度对硅基微盘激光器光学模式性质的影响。对于波导直接与微盘腔相连的微盘激光器,随着波导宽度的增加,微盘腔的品质因数迅速降低。由于微盘腔连接波导时,腔内的回音壁模式发生改变,模式分布发生显著变化,导致品质因数突然下降。我们分析得到波导宽度的最优值为0.5μm。(5)提出了两种新的硅基微盘激光器的输出结构。基于传统的总线输出波导结构,我们分别设计了波导与微盘腔重合的总线波导以及单端输出总线波导这两种输出结构,并通过仿真计算分别研究了这两种输出结构的性能。在微盘腔尺寸、激光器材料包层厚度和刻蚀深度一定相同的情况下,这两种结构的激光器的品质因数均在波导宽度为0.5 μm时取得最大值。对于波导与微盘腔重合的激光器结构,当切口宽度为3.5 μm,波导宽度为1.5 μm时,输出波导中的模式具有向上泄露的趋势,这种特性使得该结构适用于垂直耦合输出的结构。(6)从理论上证明上述设计的硅基微盘激光器满足激射要求。根据速率方程和激射条件,分别得到不同输出结构的硅基微盘激光器的阈值电流:对于输出波导直接与微盘腔相连的激光器,其阈值电流约为0.9 mA;对于波导与微盘腔重合的激光器,其阈值电流约为1.05 mA;对于具有单端输出波导结构的微盘激光器,其阈值电流约为1.2 mA。与其他硅基微腔激光器相比,这些阈值电流的值均在可以接受的范围内,表明我们优化设计的硅基微盘激光器可以实现激射。
Abstract
sui zhao xin pian chan ye de kuai su fa zhan ,dui ji cheng hua de yao qiu yue lai yue gao ,dian hu lian ji shu yi jing yue lai yue jie jin ji ping geng ——sui zhao qi jian che cun de bu duan jian xiao ,dian zi qi jian che cun yi jing jie jin ji wu li ji xian ,yan fa che cun geng xiao de qi jian xu yao de cheng ben fei su sheng gao ,dao zhi ban dao ti ji shu de geng xin zeng chang su du yi jing fang huan 。guang hu lian ji shu ju you chuan shu su du kuai 、dai kuan kuan he kang gan rao neng li jiang deng te dian ,wei gui ji ji cheng xin pian de fa zhan di gong le xin de fang xiang 。yong guang dian zi qi jian qu dai dian zi qi jian he yong guang hu lian qu dai dian hu lian you wang jie jue pian shang dian hu lian de ping geng wen ti 。1.3μmbo chang zheng hao shi guang qian de yi ge di sun hao chuang kou ,bing ju zai gai bo chang chu ,chan mo guang qian de zong se san wei ling 。zhe yang ,1.3 μmbo chang ou jiu cheng le guang qian tong xin de yi ge li xiang gong zuo chuang kou ,ye shi mu qian guang qian tong xin ji tong de zhu yao gong zuo bo duan 。gui ji ban dao ti ji shu zai gui ji dian hu lian de fa zhan guo cheng zhong yi jing fei chang cheng shou ,ta bei ren wei shi gui ji guang hu lian ling yu zui you qian jing de ji shu 。zhi jie wai yan gui ji III-Vzu ban dao ti cai liao de fa guang xing 、dao dian xing he can za nong du deng xing neng ke diao ,fang bian wo men dui qi jian de ge chong gong neng jin hang diao zheng he you hua 。chu ci zhi wai ,zhi jie wai yan de cai liao sheng chang fang shi shi ban dao ti cai liao geng kuo ge yu gui ji guang dian ji cheng he da che cun sheng chang ,you li yu pi liang sheng chan 。gui ji III-Vzu liang zi dian wei pan ji guang qi ju you gao pin zhi yin shu 、yi ji cheng 、di gong hao he di cheng ben deng you dian ,zuo wei gui ji ji cheng xin pian guang yuan ju you fei chang da de you shi 。qi jin wei zhi ,gui ji wei qiang ji guang qi de yan jiu ling yu yi jing qu de le hu duo chong yao jin zhan 。ran er ,zhe xie yan jiu zhu yao ji zhong zai cai liao jie gou 、sheng chang guo cheng he qi jian zhi bei shang ,que shao cong li lun shang dui gui ji wei qiang ji guang qi jie gou de ji tong xing yan jiu 。ben lun wen zhu yao yan jiu le ju you bo dao shu chu jie gou de dian beng pu 1.3 μmgui ji InAs/InGaAsliang zi dian wei pan ji guang qi guang dian xing neng yu jie gou can shu de guan ji 。cai yong shi yu you xian cha fen fang fa ,fen bie tan jiu le wei pan qiang zhi jing 、ji guang qi cai liao bao ceng hou du 、ke shi shen du he bo dao kuan du dui wei pan ji guang qi pin zhi yin shu he guang xue mo shi te xing de ying xiang 。zai ci ji chu shang ,wo men di chu le liang chong xin de shu chu jie gou ,bing fen bie dui zhe liang chong jie gou de xing neng jin hang yan jiu 。zui hou tong guo li lun fen xi ,de dao bu tong shu chu jie gou xia wei pan ji guang qi de yu zhi dian liu 。ju ti gong zuo ji yan jiu cheng guo ru xia :(1)yan jiu le gui ji ji guang qi de wei pan qiang zhi jing yu pin zhi yin shu de guan ji 。dui yu zhi jing wei 4 μm-12 μmde wei pan qiang lai shui ,sui zhao wei pan qiang zhi jing de zeng da ,pin zhi yin shu xian zeng hou jian 。dang zhi jing wei 7 μmshi ,wei pan qiang de pin zhi yin shu da dao zui da zhi 。(2)yan jiu le gui ji ji guang qi cai liao bao ceng hou du dui guang xue mo shi he pin zhi yin shu de ying xiang 。you yu you yuan ou zhong de TEmo ke yi ou ge dao shang xia bao ceng zhong ,bing yan zhe -zfang xiang chuan bo ,zhe liang ge mo shi xiang hu gan rao ,xing cheng jia jiang huo jian ruo ,cong er jian shao huo zeng jia bao ceng yin qi de chui zhi fu she sun shi 。yin ci ,wei pan qiang de pin zhi yin shu sui zhao bao ceng hou du de zeng da er cheng xian zhou ji xing bian hua 。dang ji guang qi cai liao bao ceng hou du wei 1.75 μmshi ,wei pan qiang de pin zhi yin shu da dao di yi ge ji da zhi 。kao lv dao shi yong xing yu jing ji xing ,bao ceng de you hua hou du wei 1.75 μm。(3)yan jiu le ke shi shen du dui gui ji ji guang qi wei pan qiang te xing de ying xiang 。dang ke shi shen du wei 4.53 μmshi ,pin zhi yin shu da dao zui da zhi ,sui zhao ke shi shen du zeng jia ,pin zhi yin shu bu zai zeng da 。zhe ge xian xiang biao ming ,dang ke shi jie mian di yu xia bao ceng yu wei cuo zu dang ceng de jie mian zhi hou ,bao ceng dui you yuan ou zhong guang xue mo shi de yao shu neng li bu zai sui zhao ke shi shen du de zeng da er gai bian 。yin ci ,wei pan qiang de you hua ke shi shen du wei 4.53 μm。(4)yan jiu le shu chu bo dao kuan du dui gui ji wei pan ji guang qi guang xue mo shi xing zhi de ying xiang 。dui yu bo dao zhi jie yu wei pan qiang xiang lian de wei pan ji guang qi ,sui zhao bo dao kuan du de zeng jia ,wei pan qiang de pin zhi yin shu xun su jiang di 。you yu wei pan qiang lian jie bo dao shi ,qiang nei de hui yin bi mo shi fa sheng gai bian ,mo shi fen bu fa sheng xian zhe bian hua ,dao zhi pin zhi yin shu tu ran xia jiang 。wo men fen xi de dao bo dao kuan du de zui you zhi wei 0.5μm。(5)di chu le liang chong xin de gui ji wei pan ji guang qi de shu chu jie gou 。ji yu chuan tong de zong xian shu chu bo dao jie gou ,wo men fen bie she ji le bo dao yu wei pan qiang chong ge de zong xian bo dao yi ji chan duan shu chu zong xian bo dao zhe liang chong shu chu jie gou ,bing tong guo fang zhen ji suan fen bie yan jiu le zhe liang chong shu chu jie gou de xing neng 。zai wei pan qiang che cun 、ji guang qi cai liao bao ceng hou du he ke shi shen du yi ding xiang tong de qing kuang xia ,zhe liang chong jie gou de ji guang qi de pin zhi yin shu jun zai bo dao kuan du wei 0.5 μmshi qu de zui da zhi 。dui yu bo dao yu wei pan qiang chong ge de ji guang qi jie gou ,dang qie kou kuan du wei 3.5 μm,bo dao kuan du wei 1.5 μmshi ,shu chu bo dao zhong de mo shi ju you xiang shang xie lou de qu shi ,zhe chong te xing shi de gai jie gou kuo yong yu chui zhi ou ge shu chu de jie gou 。(6)cong li lun shang zheng ming shang shu she ji de gui ji wei pan ji guang qi man zu ji she yao qiu 。gen ju su lv fang cheng he ji she tiao jian ,fen bie de dao bu tong shu chu jie gou de gui ji wei pan ji guang qi de yu zhi dian liu :dui yu shu chu bo dao zhi jie yu wei pan qiang xiang lian de ji guang qi ,ji yu zhi dian liu yao wei 0.9 mA;dui yu bo dao yu wei pan qiang chong ge de ji guang qi ,ji yu zhi dian liu yao wei 1.05 mA;dui yu ju you chan duan shu chu bo dao jie gou de wei pan ji guang qi ,ji yu zhi dian liu yao wei 1.2 mA。yu ji ta gui ji wei qiang ji guang qi xiang bi ,zhe xie yu zhi dian liu de zhi jun zai ke yi jie shou de fan wei nei ,biao ming wo men you hua she ji de gui ji wei pan ji guang qi ke yi shi xian ji she 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自北京邮电大学的王巍，发表于刊物北京邮电大学2019-07-19论文，是一篇关于硅基激光器论文,微盘激光器论文,硅基微腔激光器论文,时域有限差分法论文,回音壁模式论文,北京邮电大学2019-07-19论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自北京邮电大学2019-07-19论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
标签：硅基激光器论文; 微盘激光器论文; 硅基微腔激光器论文; 时域有限差分法论文; 回音壁模式论文; 北京邮电大学2019-07-19论文;