高速低能耗电驱动光子晶体纳米梁激光器的研究

基本信息
批准号:61804087
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:27.00
负责人:李惠
学科分类:
依托单位:青岛科技大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李庆党,吕浩,祝方舟,刘静,贾晓卫,毛维涛
关键词:
光子晶体高速量子阱低能耗纳米梁腔
结项摘要

Silicon-based optical interconnect technology is considered as a promising solution for on-chip optical interconnect because of its high speed, low power consumption, and high integration. In this project, we plan to work on electrically powered photonic crystal nanobeam cavity lasers, to meet the strong requirement of silicon-based on-chip optical interconnect for smaller, faster and more energy-efficient microcavity lasers than VCSELs. For our structure in this project, electrons are provided by n metallic contacts positioned on top of the structure at its far ends, whereas holes are provided by p metallic contacts situated on top of the semiconductor base at a distance d from the sides of the cavity region. This configuration enables more carriers pass the cavity for radiative recombination. The nanocavity is bounded to SOI waveguide. The structure is fully encapsulated in SiO2 to reduce its thermal resistance. The main research involves the establishment of the rate equation model for photonic crystal nanobeam cavity lasers, the design and optimization of photonic crystal nanobeam cavity, the design of high- gain quantum well of NIP structure, the design and optimization of electrical power structure, and the process flow of electrically driven photonic crystal nanobeam laser. The lasers threshold is expected to be smaller 100 μA, and the power consumption is expected to smaller than 10 fJ/bit. Through this project, it is expected to meet the need of high-speed and energy-efficient lasers sources in on-chip optical interconnects, which is considered to have both scientific value and economic benefits.

硅基光互连技术因其高传输速率、低能耗、高集成度等优势被认为是一种极具潜力的片上光互连方案。针对硅基片上光互连对比VCSEL更高调制速度、更低能耗激光器的需求,本项目拟开展基于光子晶体纳米梁腔的电驱动激光器的研究,提出了平面双侧电流注入结构,在梁两端注入电子,梁两侧注入空穴使更多载流子通过梁腔区域参与辐射复合发光;采用晶圆键合和低折射率材料包覆的方案解决调制带宽的热限制。主要研究内容包括建立光子晶体纳米梁激光器的速率方程模型,基于模型分析激光器的静态和动态性能,结合能带模型和高速调制理论设计适用于高速低能耗光子晶体纳米梁激光器的圆环形光子晶体梁腔结构、高增益量子阱NIP结构和电注入结构,突破电驱动光子晶体纳米梁激光器的制备工艺,实现激光器阈值<100μA,能耗<10fJ/bit的研究目标。本项目的开展将有助于解决硅基片上光互连领域缺少高速低能耗光源的问题,具有重要的科学价值和经济效益。

项目摘要

针对光互连对高调制速度、低能耗激光器的需求,本项目开展了高速微腔激光器的研究,提出了平面双侧电流注入结构,在两端注入电子,两侧注入空穴使更多载流子通过有缘区参与辐射复合发光。主要研究内容包括建立高速微腔激光器的速率方程模型,基于模型分析激光器的静态和动态性能,结合能带模型和高速调制理论设计适用于高速微腔激光器的高增益量子阱NIP结构和电注入结构,突破微腔激光器的制备工艺,实现高性能微腔激光器。本项目的开展有助于解决光互连领域缺少高速低能耗光源的问题,具有重要的科学价值和经济效益。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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