硅基ⅲ-v族混合集成激光器的理论设计与关键工艺研究

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1、分类号学号M201172922学校代码10487密级硕士学位论文硅基III-V族混合集成激光器的理论设计与关键工艺研究学位申请人：黄钊学科专业：光学工程指导教师：汪毅副教授答辩日期：2014年1月10日万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringInvestigationofIII-V/SOIHybridIntegratedLasersandKeyFabricationProcessCandidate::Zha

2、oHuangMajor:OpticalEngineering:Supervisor:Assoc.:Prof.YiWangHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJanuary,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文

3、作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或结构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要未来高速海量信息传输需求使得低成本集成光电子器件成为首选。采用硅基光电子器

4、件用光代替电实现片间乃至片上光互连已成为学术界研究的热点。半导体硅材料不仅仅是电子材料，还是光子材料。成熟的微电子加工工艺为超大规模集成电路做出了特殊贡献，也为硅光子学发展打下了坚实的技术基础，极大地促进了硅光子学的发展。人们已在绝缘体上硅(SOI)制作出阵列波导光栅、光波导调制器和光开关等诸多优良的光波导器件。然而，硅是间接带隙半导体材料，硅基光源成为硅光子学领域的发展瓶颈。科学家们尝试着许多方法来解决硅材料的发光难题,比如纳米晶硅、硅基掺铒、锗硅等，迄今为止只有硅材料和III-V族材料的混合集成才能满足器件性能需求。本论文对硅基III-V族混合集成激光

5、器进行了理论设计，并对其关键的制造工艺——BCB作为中间层的Si/III-V族半导体光电材料键合技术进行了研究。其主要内容和研究成果如下：(1)设计了一种可调谐的单波长硅基III-V族混合集成激光器，基于III-V族波导F-P腔和硅基/III-V族混合微环之间的游标效应，有望实现单波长激光输出，通过硅基热光效应可实现输出波长可调谐。(2)设计了一种同时输出四波长的硅基III-V族混合集成激光器。通过硅基采样光栅对III-V族有源波导中的光场进行选择性反馈，以及与硅基微环之间共同选模作用，有望实现四个波长的同时激射。(3)对硅基III-V族混合集成激光器的关

6、键制造工艺——BCB作为中间层的Si/III-V族半导体光电材料键合技术进行了研究，经过实验摸索，开发出一套基于纳米压印机的超薄BCB键合工艺，键合层厚度可控制在50nm以下，最小厚度为20nm，机械强度达到2MPa；实现了InP衬底的低损伤剥离，为后续混合集成激光器的研制打下基础。关键词：激光器混合集成苯并环丁烯键合I万方数据华中科技大学硕士学位论文AbstractTorealizehighlycompact,ultrafastandlowcostoptoelectronicdevices,lotsofprogresseshavebeenmadeinsi

7、liconphotonicsduetothecapabilityofreplacingelectricalinterconnectionwithchipscaleopticalinterconnection.Beingthefirstgenerationsemiconductor,siliconisnotonlyelectricalmaterialbutalsoopticalmaterial.Ultralargescaleintegratedelectroniccircuitsarebasedonstandardcomplementarymetaloxid

8、esemiconductor(CMOS)process,which