硅基微腔器件的理论与测试研究

论文摘要

为了延续摩尔定律，世界各国都致力于开发高速海量低成本的集成光电器件。采用硅光子学技术实现片间甚至片上光互连成为该领域的研究热点。由于硅材料是间接带隙材料，难于实现片上光源，制约了该领域的发展。采用混合集成技术，将具备圆形微腔结构的III-V族激光器通过键合工艺集成到硅波导结构上，可以形成高效的硅基混合集成光源，成为解决硅基光源的有效手段。本论文研究了硅基微盘的模式特性，搭建了硅基微环的光纤耦合测试系统，并对硅基键合工艺进行了探索，主要得到了以下几个方面的成果：（1）介绍了硅基微盘的基本原理和性能参数，通过求解麦克斯韦方程组，得到了微盘的色散方程。通过数值分析方法，得到了微盘的有效折射率曲线和色散分布，比较了不同半径微盘结构的模式特性和性能参数。在上述基础上，对表面等离子体微盘进行了模拟，计算了它的Q值，并与硅基微盘结构进行了比较。（2）介绍了光纤耦合测试的基本原理，利用该测试系统对带有光栅耦合器的微环器件进行了测试，初步测得光栅耦合器的效率为39%。搭建光纤耦合自动化测试系统，对带有光栅耦合器的微环结构进行了测试，得到了微环的谐振光谱，初步测试得到微环的FSR为3nm，Q值约为8000。（3）介绍了硅基键合工艺的基本原理，比较了常用的几种键合技术的优劣。研究了采用苯并环丁烯（BCB）材料作为中间层的键合工艺，测试了BCB材料的性能和键合强度，得到了良好的键合中间层。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 微腔的简介和应用
• 1.2 本文的主要工作
• 2 硅基微盘的理论和模拟
• 2.1 微腔的理论分析
• 2.2 硅基微盘的理论模拟和结果
• 2.3 本章小结
• 3 硅基微环的光纤耦合测试
• 3.1 光纤耦合测试原理
• 3.2 硅基微环的性能测试
• 3.3 本章小结
• 4 硅基键合相关工艺研究
• 4.1 键合的基本理论
• 4.2 BCB 键合的工艺流程和测试结果
• 4.3 本章小结
• 5 总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 攻读硕士学位期间发表论文目录
• 附录 2 自动化测试的程序框图