Ⅲ-V半导体与硅基混合集成型片上光源研究

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硅基波导器件的最大优势之一在于其紧凑的结构与同CMOS兼容的工艺,但硅作为间接带隙材料,其载流子直接跃迁复合的发光效率很低,复合过程中非辐射复合占绝对优势,目前利用常规手段在单晶硅基上面直接制作发光器件比较困难,因此一直缺乏一种紧凑高效的片上光源。然而在有源集成光电器件方面,Ⅲ-Ⅴ化合物半导体(如:InP、GaAs)与其他材料平台相比有着无可比拟的优势。它们是直接带隙材料,通过控制元素之间的组合比例,发光光谱范围可覆盖可见光至红外波段,可满足如今照明、通讯等方面的需求。所以我们采用混合集成的方法如倒装焊和BCB键合等工艺将Ⅲ-Ⅴ族有源器件与波导光路混合集成在同一硅基衬底平台上,实现高效的片上集成光源。  本论文主要针对倒装焊量子阱F-P激光器与带凹槽SOI波导混合集成片上光源,和BCB键合量子阱光放大器与硅基混合集成片上光源进行实际研究探索。首先,我们针对倒装焊集成所需的超薄金锡焊点进行制作,并完成焊接与电学测试。之后,我们仿真分析了带凹槽的SOI波导与量子阱F-P激光器在不同焊接偏移情况下的耦合效率特性,并设计绘制了掩模版图,最后我们对该器件具体的制作步骤与工艺进行了详述。另外,我们亦对BCB键合工艺进行了研究,并对量子阱芯片的湿法刻蚀工艺进行了探索,初步设计并制作了量子阱光放大器与硅基混合集成光源器件,由于实验效果未符合预期,我们针对此结构进行了优化设计与仿真分析,并绘制了新的掩膜版图,然后给出了器件的详细制作工艺流程。
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