用于全光信號處理的InP基單片集成器件.pdf

1、21世紀是信息大爆炸的時代，迅猛發(fā)展的英特網對通信網絡的通信容量的要求越來越高。全光信號處理技術有望在光網絡節(jié)點克服傳統(tǒng)光-電-光交換模式對速率的制約而被廣泛地研究。而集成化可以大大降低成本和功耗，并提高可靠性，為全光信號處理技術真正用于光通信網絡提供了可能。光子集成是未來光通信技術的發(fā)展趨勢之一。由于InGaAsP的帶隙波長為1μm-1.65μm，覆蓋通信波段且可調，是制作單片集成器件的理想材料。本文首先研究了InP基單片集成方法，接

2、著設計了InP基無源器件、有源器件和半導體光放大器（SOA）與延時干涉儀（DI）單片集成器件，開發(fā)了InP基集成器件的制作工藝，并對這些InP基器件進行了制作和性能測試，最后將它們用于全光信號處理。
　　本研究主要內容包括：⑴研究了量子阱混合（QWI）和非對稱雙波導（ATG）這兩種InP基單片集成方法。首先介紹了QWI集成方法的機理及幾種典型的實現(xiàn)技術；并依據(jù)I II-V族材料的擴散理論對氬等離子體增強量子阱混合技術（Ar-PEQ

3、WI）進行詳細分析和理論建模；同時利用該技術實驗實現(xiàn)了110 nm的帶隙藍移。接著，分析了 ATG集成方法的基本原理。對ATG結構的核心部件----錐形耦合器進行了分析和設計；提出了一種制作工藝簡單的單斜錐形耦合器；然后利用變換光學設計了一種用于ATG集成方法的超短垂直耦合器，耦合效率為94.9％，而長度僅3μm。最后設計了采用QWI和ATG集成方法實現(xiàn)SOA與DI單片集成器件的工藝流程。⑵設計了SOA與 DI單片集成器件和掩膜版圖。首

4、先設計了多量子阱外延片的結構和SOA的尺寸。接著基于有限元方法分析并設計了InP基無源直波導和彎曲波導；介紹了多模干涉（MMI）耦合器的基本原理，并設計了1×2和2×2MMI耦合器；然后，依據(jù)工作帶寬等要求設計了DI的尺寸。最后，設計并繪制了用于工藝開發(fā)和器件制作的無源、有源和集成器件掩膜版圖。⑶研究了InP基單片集成器件的關鍵加工工藝。分別開發(fā)了紫外光刻、緩沖氫氟酸（BOE）濕法刻蝕 SiO2、磁增強的反應離子刻蝕（MERIE）和感應

5、耦合等離子體（ICP）干法刻蝕 SiO2、ICP干法刻蝕 InP/InGaAsP、電極的制作（包括負膠光刻、金屬沉積和剝離、襯底減薄和熱退火等）以及InP基器件的后處理等工藝的流程和參數(shù)。為實現(xiàn)用于全光信號處理的InP基單片集成器件提供了工藝支持。⑷制作并測試了InP基無源、有源和單片集成器件。首先制作了無源單模和多模脊波導。接著介紹了法布里帕羅半導體光放大器（FP-SOA）的詳細制作流程，并成功制作了性能優(yōu)良的 FP-SOA，其自發(fā)輻

6、射梳狀譜的消光比高達30dB。最后測試了SOA與DI單片集成器件，其中2000μm長的 SOA的飽和輸出功率高于3dBm，DI的消光比約為16dB、且峰值波長可以通過調節(jié)相移器進行調節(jié)，AWG消光比高于20dB，這些測試結果顯示單片集成器件性能良好。⑸研究基于InP基器件的全光信號處理技術。首先，提出并實驗驗證了一種基于F P-SOA對微分方程進行全光求解的方案。級聯(lián)多個F P-SOA可以求解高階微分方程，而改變FP-SO A的注入電流