面向片上光互连的面发射激光器及其集成技术研究

发布时间：2025-06-10 00:22

　　随着互联网时代的来临,大数据、云计算、人工智能等各种新型网络应用逐渐走入人们的生活。数据通信流量随之爆炸式增长。同时人们对网络的速率,带宽,时延和成本等的要求越来越高。传统的电互连方式,由于其无法逾越的“电子瓶颈”,限制了网络速率和带宽的进一步提高,已经无法满足当前网络大带宽,高速率的需求。以光互连技术为核心的信息交换方式以其大带宽,高速率,低时延的性能优势,能够克服传统电互连网络的速率和带宽局限性,成为人们追求的网络发展方向。其中最受关注的一项技术是片上集成全光互连技术。片上集成全光互连网络可以大大降低网络成本,功耗,提高可靠性等。特别是基于硅基光电子平台的片上光互连网络,其制作工艺与当前微电子半导体领域成熟的CMOS工艺兼容,前景尤为广阔,有望成为突破当前通信网络瓶颈的技术。然而,硅材料是一种间接带隙材料,基于硅材料的发光光源效率极低,约为1%。此外,如果大规模应用于通信网络中,片上光互连网络必将对组网成本非常敏感。因此,高效率,低成本的片上互连光源目前是制约硅基片上光互连网络的主要瓶颈。研制面向硅基片上光互连网络的高效率,低成本光源具有重大意义。目前发光效率最高并已商用化的光源是以...

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【部分图文】：

图1-1晶体管特征尺寸和价格走势图

芯片散热的问题，芯片温度的升高严重影响芯片的性能[9,10]。互连的方式还存在固有缺陷，如电信号传输时会造成寄生电阻，电容象，形成信号串扰，高频信号传输时尤为严重，限制了电互连带宽的进信号在传输时还会受到临近传输线的电磁干扰，外部电磁场的干扰等码率，影响传输质量。互连方式面临的这....

图1-2光纤通信系统结构框图示意

了光纤通信的可能。1970年，室温下可连续工作的双异质结半，从此，光纤通信系统的光源问题也得到了解决[15]。光纤通信展，以光为传输媒质的光通信网络逐渐成为通信网络中的极重纤通信系统的结构框图如图1-2所示。光通信网络具有能进行本的海量数据传输的优势，已经在长距离的主干网，....

图1-4直接带隙材料（左）与间接带隙材料（右）能带图

其能带图如图1-4所示[47]。间接带隙材料的载流子跃迁需要声子的参与，发光效率低；直接带隙材料发光不需要声子参与，发光效率高，通常选择直接带隙材料制作激光器。硅材料恰恰是一种间接带隙材料，无法制作高效率光源，硅基单片集成的光芯片目前仍然无法解决高效光源的技术难题。光源无疑是光....

图1-5基于BCB键合的混合硅基-FP激光器光芯片

图1-5基于BCB键合的混合硅基-FP激光器光芯片[64]图1-6金属倒装焊混合硅基-VCSEL集成光子芯片示意图[6成的三五族半导体激光器按其出光方向可以分为两面发射激光器。如下图1-7所示为两种典型的边发射性图。DFB：椭圆形光斑VCSEL：圆形光斑

本文编号：4050033