砷化鎵載流子注入型光開關的研究.pdf

1、作為光纖通信網(wǎng)絡的關鍵光器件之一，光開關及其陣列一直是研究與開發(fā)的重點，要實現(xiàn)光分組交換層次上的高速全光通信，高速光開關及其陣列是必不可少的關鍵器件?；诟鞣N物理效應和原理與技術，已經(jīng)研制出了多種光開關，這些光開關在消光比、損耗、偏振依賴等性能方面都已經(jīng)部分達到相當好的水平。然而要實現(xiàn)納秒乃至更高速率的光開關，并且同時具備其它完善特性，卻一直沒有很好的解決方案。
　　 GaAs、InP等Ⅲ—Ⅴ族化合物半導體中的載流子注入效應所能

2、夠產(chǎn)生的折射率變化比電光效應高兩個數(shù)量級，而且與偏振無關。采用載流子注入效應的光開關，其開關速度主要取決于載流子的壽命，可以達到100皮秒(ps)量級。GaAs材料具有相對低廉的成本優(yōu)勢，而且器件制作兼容GaAs微電子工藝，因此GaAs載流子注入型光開關有望成為實現(xiàn)納秒級高速光開關的重要途徑之一。
　　 椎國家自然科學基金重點項目支持下，本課題主要研究1.55μm GaAs載流子注入型光開關單元器件及其陣列。針對載流子注入型器件

3、制作工藝特點，重點開展了GaAs載流子注入型光開關器件的制作工藝研究。通過對基本制作工藝的摸索，成功掌握GaAs載流子注入型器件的制作工藝并成功研制出兩種2×2 GaAs載流子注入型光開關單元器件。本論文具有創(chuàng)新性意義的工作主要體現(xiàn)在三個方面：
　　 1、針對芯層較厚的外延材料提出了兩步腐蝕的制作方法，該方法具有工藝簡單、對設備要求低的特點。使用該工藝流程對載流子注入型器件的制作進行了初步探索，成功研制出2×2多模干涉(MMI)

4、型光開關，開關工作電流為160mA。采用氧離子注入隔離的方法，對控制載流子注入側(cè)向擴散問題進行了研究。
　　 2、采用多模干涉．馬赫曾德爾(MMI—MZ)結(jié)構研制了GaAs載流子注入型光開關，其制作工藝避開了全內(nèi)反射型等結(jié)構光開關制作工藝中的離子注入等技術難題。制作該結(jié)構器件僅需三次光刻，有效降低了多次套刻誤差對器件性能的影響。設計并成功制作了2×2MMI—MZ型光開關，電極長度僅為100μm，在注入電流80mA時器件的消光比超

5、過了25dB，且在1542—1562nm波段具有平坦的偏振不敏感響應；初步測試判斷開關的上升、下降沿均在10ns以內(nèi)。
　　 3、利用S彎曲結(jié)構、多模干涉結(jié)構以及W型五層平板波導分別設計分析了可變光衰減器(VOA)，討論了擴展錐形過渡波導對傳輸相位的影響；采用這些VOA結(jié)構與光開關集成可以進一步提高光開關的消光比性能，已在聚合物材料熱光開關器件上得到驗證，并基于GaAs材料進行了VOA與分束器功能集成的一些探索性試驗。