面向全光集成的Si基大失配1.55μm波段InP量子点材料高质量外延生长

基本信息
批准号:51672264
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:刘云
学科分类:
依托单位:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:张建伟,刘光裕,叶淑娟,刘旸,周寅利,孙方圆,李雪
关键词:
全光集成光互连穿线位错大失配量子点
结项摘要

The development of integrated circuit which based on metal interconnects has been faced with many challenges. For example, integration density become saturated、transmission bandwidth is limited、 power consumption and signal crosstalk is large、encapsulation is getting more and more difficult and so on. Optical interconnection for all-optical integration has the incomparable advantage in transmission bandwidth、energy consumption and reliability with metallic interconnects. However, high threading dislocation density in the material is the.key problem in the research area of Si-based optoelectronic integration technology, especially in Si-based heteroepitaxy semiconductor laser, which restricts the development of all-optical integration. To solve this problem, in this project, we study large mismatch Si-based InP quantum dot material at 1.55μm band. we propose three technical means, including gradient InGaAs buffer layer which Contains high component In to realize the transition from Si to InP material system; quantum dot dislocation filter layer to reduce threading dislocation.density; p-doped and tunnel injection quantum dot laser active region to get High resistance to dislocation respectively. With the help of these techniques, the threading dislocation density is expected to be 1E4~1E5/cm2,and root mean square roughness lower than 1nm,FHWM of XRD rocking curve lower than 200arc sec. we will fabricate high performance laser devices to Provide technical support for the all-optical integration.

基于金属线互连的集成电路的发展面临:集成密度趋于饱和、传输带宽有限、功耗大、信号串扰大、封装越来越困难等一系列问题。面向全光集成的光互连在传输带宽、能耗、可靠性等诸多方面拥有金属线互连无法比拟的优势。但是,Si基光电集成技术的发展,尤其是Si基异质外延半导体激光器的研究面临材料中穿线位错密度过高的关键科学问题,限制了全光集成的发展。为解决这一问题,本项目对Si基大失配1.55μm波段InP量子点材料高质量外延生长展开研究。提出渐变高In组分InGaAs缓冲层以解决从Si到InP材料体系的过渡问题;量子点位错过滤层以解决穿线位错密度过高问题;P型掺杂隧穿注入InAs量子点源区以提高材料对位错的抵抗力。实现外延材料中穿线位错密度降至1E4~1E5/cm2量级,表面均方根粗糙度低于1nm,XRD摇摆曲线InP材料体系半高宽低于200arc sec并制作高性能激光器器件,为全光集成提供技术支撑。

项目摘要

本项目以全光集成等应用急需的Si基激光器为研究目标,针对目前该领域研究中存在的因晶格失配大而导致的位错密度过高,高质量Si基量子阱激光材料难以制备的问题,提出采用量子点位错过滤层,结合渐变高In组分InGaAs缓冲层技术,设计源区为P型掺杂隧穿注入InAs量子点结构,利用MOCVD设备在高质量GaAs/Ge/Si衬底上生长低位错密度1.55μm波段半导体量子点材料,对量子点材料的结晶质量、缺陷密度、光荧光特性等进行评价,并进行激光器研制和特性研究。目前,本项目已经按照研究计划完成了所有研究内容,所有指标达到预期指标要求。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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