超紧凑绝缘层上硅单片集成多波长发射芯片研究

Ultra compact，low power consumption optical transmision is indispensable for optical interconnection in future, the design and fabrication of insulator on silicon(SOI) nanowire device and integration is key technology,it is important to study of SOI nanowire wavelength multiplexer, modulator and integration..we will study of design and fabrication of SOI nanowire wavelength multiplexer,modulator and their integration. Ultra compact, flattop, athermal, 10 channels nanowire wavelength multiplexer will be designed; Compact, athermal modulator arrays also will be studied; How polymer with negative temperature index impacts on multiplexer response wavelength, modulator efficiency will be studied. The fabrication technology compatible with CMOS of nanowire wavelength multiplexer, modulator arrays and their integration will be studied, 10 channels wavelength multiplexer, 10 modulator arrays and their monolithic will be fabricated, which will play important role on further integration with laser arrays.

超紧凑、低能耗光传输是未来光互连必然需求，绝缘层上硅（SOI）纳米线波导单元器件及其单片集成设计及制备是满足这一要求的核心技术，开展SOI纳米线波分复用器、调制器及其单片集成研究，对促进我国硅基光互连具有重要意义。. 本项目开展超紧凑SOI纳米线波分复用器、调制器及二者单片集成设计和制备技术研究，开展超紧凑、平坦化、热不灵敏10通道波分复用器器件结构设计及优化研究；开展小型化、热不灵敏高速调制器阵列结构设计及优化研究；研究具有负温度系数聚合物材料在改善SOI纳米线波分复用器、调制器温度敏感性、调制效率中的作用。研究与CMOS工艺兼容的SOI纳米线波分复用器、调制器阵列及单片集成器件制备工艺，开展深紫外光刻、感应耦合等离子刻蚀加工技术研究，制备出10通道波分复用器、10个调制器阵列单元器件及其单片集成器件，为进一步开展与有源激光器阵列集成奠定基础。

超紧凑、低能耗是未来光互连的必然需求，绝缘层上硅（SOI）纳米线波导单元器件及其单片集成设计及制备是满足这一要求的核心技术，开展SOI纳米线波分复用器、调制器及其单片集成研究，对促进我国硅基光互连具有重要意义。. 本项目系统性地开展了矩形波导、脊型波导、slot波导模场和有效折射率的数值模拟研究，得到了矩形波导、脊型波导的单模条件及slot波导结构；开展了顶层硅为220nm的SOI基10通道200GHz、25通道200GHz、45通道100GHz SOI纳米线AWG芯片的结构设计及优化工作；制备出的25、45通道SOI 纳米线AWG串扰分别为-13dB和-8dB；采用简单传输函数法对芯片制备过程中的误差进行分析，实验结果与误差分析中存在±5nm波导宽度波动时模拟的串扰一致。开展了SOH电光调制器的结构设计及优化工作，设计了一种基于SOI的硅-有机物材料混合（SOH）马赫-曾德干涉型（MZI）高速电光调制器；利用光束传播法（BPM）对顶层硅为220nm的SOI基片上的3dB分束器/合束器的结构参数进行模拟, 优化后附加损耗仅为0.1055dB；为提高模式转换效率，在条形波导和slot波导之间优化设计了模式转换器，光耦合效率高达98.8%，实现了光模式高效转化；通过FDTD方法模拟了slot波导平板区掺杂浓度对slot波导内光学损耗的影响，在几乎不产生光学损耗的情况下，得到了平板区轻掺杂浓度为7x1017/cm3，电光调制器总损耗为0.493dB；利用薄膜模式匹配法对slot的波导结构进行了仿真分析，考虑slot区等效电容及平板区等效电阻对带宽的影响，优化后得到的slot波导结构的限制因子为0.199；通过采用结合slot波导与强非线性有机材料LXM1的SOH平台实现了强普克尔效应，得到电光调制器半波电压.长度积为1.544V.mm，电学响应3dB带宽为137GHz。完成了10通道SOI纳米线AWG与10个SOH调制器阵列集成芯片的设计及样品制备。