基于CdS纳米线电光调控光波导器件研究

Corresponding to the development strategy of optical communication, optical signal processing and actuality of integration system on optical-electric devices, and based on our research background and technology advantage on nanowire optical waveguide device, in this project, we will apply the franz-keldysh effect, which is the strong electric field electric-optical modulate effect on the optical absorption of semiconductors, on CdS nanowire waveguide devices. Through the structural design and micro-fabrication of the devices, we will realize the fabrication of nano-electrodes on the CdS nanowires with good contacts as well as maintaining the nanowire’s waveguide properties. With the optical and optoelectronic measurements, combined with the study on recombination dynamics of optical-generated carriers, we will uncover the electric-optical modulate principle in these nanowire waveguides. We will finally achieve the wavelength-tunable CdS nanowire lasers and electric-optical modulated nanowire waveguide switches. Through carrying out this project successfully, we will pave the way to achieve photonic and optoelectronic integration system based on semiconductor nanostructures. Moreover, this project will help to improve the research ability of a team of young man working in photo-electronic nanodevices, and train a group of excellent graduate students. Also, this project will help to increase the original ability and international influence power of china in the information device research areas.

基于光信息通信和处理、光电功能集成的核心关键器件的重大需求,和本组前期纳米线光波导器件研究的经验积累和技术基础，在本项目中，我们拟将基于强电场下半导体光吸收的franz-keldysh电光调制效应，应用在CdS纳米线光波导器件的特性调控上。通过器件结构设计和加工，实现兼顾良好电接触和光波导特性的纳米电极的制备；结合器件的光谱和电光联动测量，以及强电场作用下光生载流子的复合动力学研究，揭示Franz-keldysh效应在纳米线光波导器件中的电光调制规律。实现基于单CdS纳米线的电控可调谐纳米线激光器和高性能电控光波导开光。该工作的顺利开展，将为下一步实现基于纳米结构的光子和光电子器件的系统集成迈进实质性的一步。同时也可借此项目的开展，提升若干青年骨干教师的科研水平并培养若干优秀研究生，为提高我国在新型光电信息器件研究领域的原创能力和国际影响作出贡献。

纳米科技是当前世界各国争先发展的核心科技，将成为本世纪的主导技术并带动高新技术产业的发展，这一新兴领域为我国在高科技核心领域赶超西方发达国家带来了良好契机。加快纳米功能材料和器件的发展将为推动我国在半导体核心技术领域的原创性创造更为有利的条件。光在半导体纳米结构中以光速(c/n)传播，利用光子做信号载体，实现光发射、光互连，光调制、光开关，光探测功能集成的光通信、光子运算芯片，将突破以电子为信号载体的电子芯片的极限运算速度。基于半导体纳米结构的纳米光子学研究已经成为纳米研究的热点。我们将强电场下半导体光吸收的franz-keldysh 效应应用在纳米结构光波导器件的调控上。并实现了基于CdS 纳米结构的电控可调谐激光器、高性能纳米尺度光调制器和逻辑功能器件。这将为实现下一步基于纳米结构的光子和光电子器件系统集成迈出重要一步。.基于CdS纳米结构，我们实现了纳米维度的调制器和逻辑门功能器件，并系统地研究了CdS纳米结构中声子辅助跃迁过程。在纳米维度逻辑门功能器件的基础上，我们更进一步实现了尺寸更小的，仅有原子层厚度的MoTe2 p-n结逻辑门功能器件；此外，为了进一步提升逻辑门功能器件中核心部件光电探测器的性能，我们开发出高性能的范德华垂直堆垛异质结光电器件和高响应度的垂直p-n异质结构的光电探测器件。在未来光子和光电子器件集成系统核心部件光源方面，我们实现了基于单根CdS纳米结构的可调谐纳米激光器和激光发射调制器，并对可调谐纳米激光器的工作机理进行了系统地研究；此外，我们又成功制备出作为未来集成光电子系统中核心组成元件的纳米级发光光源；并更进一步地，通过电场调制光致发光图像的方法对发光二极管器件中的少数载流子的漂移情况进行了研究。