基于纳米压印技术单片集成多波长DWDM分布反馈式激光器阵列研究

研究自主创新的单片集成多波长密集波分复用(DWDM)分布反馈式(DFB)激光器阵列，对解决我国高端核心光电器件的"空芯化"问题具有积极意义。实现这种器件的最大挑战是如何制备。我们提出基于纳米压印技术实现单片集成多波长DWDM DFB激光器阵列芯片新方案。建立数学模型研究相移光栅对DFB激光器阵列性能的影响规律，找出提高相移光栅有效耦合系数和激光器静态特性的理论机制，解决光栅结构参数的优化设计问题；研究相移光栅二次模板纳米压印关键工艺，研究光电器件纳米压印过程中的微观物理化学机理，研究纳米压印应力、应变效应和温度效应等对光电器件有源层的影响，探讨光栅制作精度和质量对激光器性能可能产生的影响，实现在III-V族材料上制作复杂光栅的突破；完善已建立的激光器理论模型，研究外延材料优化生长工艺，结合相移光栅阵列，为最终获得具有自主知识产权的C波段40波长激射的DFB激光器阵列芯片打下理论和技术基础。

研究自主创新的单片集成多波长密集波分复用(DWDM)分布反馈式(DFB)激光器阵列，对解决我国高端核心光电器件的“空芯化”问题具有积极意义。实现这种器件的最大挑战是如何制备。我们提出基于纳米压印技术实现单片集成多波长DWDM DFB激光器阵列芯片新方案。纳米压印技术是具有高精度、低成本和高产量的纳米加工技术。项目对纳米压印工艺进行了详细系统的研究，率先提出了多层掩膜技术，实现了大面积、高深宽比纳米结构制备的突破，成功制备出了深宽比约为6、宽度为40nm的光栅结构。在此研究的基础上，系统研究了λ/4、λ/8和λ/16相移光栅阵列分布反馈式(DFB)激光器的设计、模拟和制备。最后成功制备出了单芯片C波段13波长和8个波长激射的DWDM用InGaAsP相移DFB多量子阱激光器，波长分布在1540~1560nm，阈值电流小于15mA，边模抑制比42dB，功率大于5mW，达到了项目申请时设定的技术指标，为最终获得具有自主知识产权的C波段40波长激射的DFB激光器阵列芯片打下很好的理论和技术基础。另外，对光子晶体LED进行了初步研究，在LED的P-GaN层表面获得了大面积光子晶体，周期为450nm，纳米孔直径为240nm。器件测试结果显示，有表面光子晶体的LED比没有光子晶体的LED，光致发光强度峰值提高到了7.2倍。在本基金项目的支持下，2011.1~2013.12期间发表和收录论文22篇，申报和授权发明专利4项。