硅基集成光电子器件的新进展

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硅基集成光电子器件的新进展

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【摘要】各种业务需求的增加以及光通信的发展推动了集成光电子器件的发展。为了能够构建容量更大，速率更快的光通信网络，各种交换系统也将面对更多的挑战，而集成光学器件在环境和医疗等各个领域的迅速应用对其提出了更高的要求。低价格的硅材料以及硅基微纳技术的发展为实现高速光通信提供了支持。当前，硅基集成光电子器件正迈向智能化、小型化以及节约化等发展。对此，本文对硅基集成光电子器件的新进展进行了分析。

南昌赣江漂浮死猪【期刊名称】《电子技术与软件工程》

【年(卷),期】2014(000)006

【总页数】1页(P259-259)

【关键词】硅基光电子器件;进展

【作者】王子龙

【作者单位】河南大学物理与电子学院,河南省开封市475004;

【正文语种】中文

【中图分类】TN248.4

光电子器件发展中所产生的影响是多方面的，从家庭电器到医学设备。但是，光电子器件使用的材料有很多，这些不同的器件是很难集成在一起的。硅材料的价格要比其他材料的价格低，而且在通讯波段中还是透明的，且有很高的折射率，使用硅材料可以构建出更好的纳米光学结构。尽管硅基光电子器件在发展的过程中受到硅基发光以及调制等问题的约束，使得硅基光电子器件的发展十分缓慢。但是，在21世纪，激光器和调制器的取得突出成果的同时，硅基集成光电子器件也将得到更好的发展，而且硅基集成光电器件的发展将会引发更具时代意义的光电子革命。

1 硅基器件相关问题

在硅基器件的研究结果当中，发光器件以及激光器是最难的部分。当前对这些问题的解决通过结合光放大波导以及III-V族材料等进行。而硅基调制器也是硅基集成光电子器件中的

一个重要部分。以往使用的调制器的结构是脊型波导，这种结构的调制效率很低，而且只有在毫米级的长度时才能获取足够的相移。近几年有研究发现，通过光子晶体波能实现调制器效率的提高。硅基探测器和CMOS技术的兼容对于探测器同电路单片的集成提供了新的支持，而且还能减少电子光器件的制造成本。而目前，Ge-on-Si型硅基探测器也将能够在通信中使用。基于这些技术的发展，本文提出了硅基集成光电子器件的新进展。

2 硅基集成光电子器件的新进展

2.1 光放大器和激光器

晶体硅的发光效率一直被认为是十分低的，因而要实现晶体硅光放大是一个艰巨的任务。二十世纪九十年代，Canham经过试验发现，在室温下，多孔硅能够高效光致发光，随后，Koshida等人成功的实现了多孔硅的光致发光。不同种类硅的结构中，光增益的发现使得人们开始把硅作为激光的活性介质。使用掺铒离子是目前实现硅基发光最有前景的方式。但是由于铒离子中带有的非辐射过程会使硅材料的发光效率大大降低，因而在实际中也无法很好的运用。而，近几年科学家们提出了通过使用二维金属来弥补铒离子低发光效率的不足。因为金属光子晶体能够控制在一定的小范围中，把能带边缘表面的离子发射到

远场后就会使得铒离子在特定的波长中提高发光效率。

破茧狂龙硅基微纳激光器是在受激拉曼原理的基础上的一个新的进展。以往的硅基激光器的研究中，因为双光子吸收诱导而导致腔内的激光束的放大效应无法得到维持，导致硅基激光连续输出也无法实现。英特尔公司在对p-i-n二级管结构研究后，发现通过该管能够解决上述问题。这种二级管主要是位于波动的两个侧面，其主要的成分是硼和磷。在P区和n区，两者之间的间隔也只是在5-6um左右。而为了在两端施以平偏置电压,通常会在两区中置入导电铝膜。当偏置的电压到达25V的时候，载体的寿命就嫩减到1ns从而实现激光的自激放大而形成激光连续输出。通过实验发现，这种激光器的光线一般在80MHz左右，其光学性质在信息传输中发挥了很大的作用。东方鲎

2.2 硅基光子晶体调制器

作为光纤系统中的一个重要器件，调制器的作用是巨大的。以往使用的调制器是型号为III-v的材料的调制器，这种调制器是通过电光满足了40Hz的电光调制，然而这种器件的制作成本很高而且和微电子的工艺无法实现兼容。当前，使用的最为广泛的是硅基马赫曾德尔干涉调制器，这种调制器子能够实现0.5毫米长度中的相移。而如果在这种调制器中使用光

子晶体作为其调制臂，这样不仅能够使得器件的损耗降到最低，而且会使得调制器的臂长大大缩短。

2.3 硅基探测器

硅基探测器目前面临的最大问题有两个：有一硅材料如果波长要高于1000nm后就会出现透明现象，而导致其探测能力消失；而且因为硅材料中的载流子运动的速度很慢，导致器件的反应较低。对于这些问题，目前的研究主要在于对器件性能的提高以及在硅材料上使用外延材料以实现长波长时的探测作用上。当前，使用较为广泛的是是Ge-on-Si型探测器，因为这类探测器在Ge层容易出现高密度的错位。针对这个问题，国际研究中发现使用真空化学气在Si上进行Ge外延，而后通过循环退火产生的无缓低位错Ge外延层。而且还引进了一种新的结构制造出了新的Ge-on-Si探测器，成为一项新的进展。

3 结论

光通信系统在需要减少成本和计算机要实现光互连的背景下，对硅基集成电子器件的研究也越来越重要，从当前硅基集成电子器件的进展来看，这项工程也将很快实现。

参考文献

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