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国家863计划光电子主题研究课题获原创性成果 可调谐解复用光接收集成器件达到国际领先水平
日期:2006年03月21日 14:13      来源:科技部
  北京邮电大学承担的863计划 “自主创新WDM集成解复用光探测器和关键工艺研究”和“高性能InP基、GaAs基谐振腔增强型长波长光探测器”课题取得了重要的原创性成果。在国际上首次研制成功了波分复用(WDM)光网络中的高速、窄线宽、可调谐解复用光接收集成器件,并在多项关键制备工艺上取得了突破。

  该实验室首次提出了WDM集成可调谐解复用光接收器的概念和多腔RCE光探测器的结构,特别是提出了新颖的“一镜斜置三镜腔”器件结构,阐明了该结构“子腔间完全解耦”的原理并成功地对该原理进行了实验论证,最终使响应速率、光谱响应线宽与量子效率的制约关系得到完全解耦,成功地实现了基于“一镜斜置三镜腔”结构的集光分路滤波、光探测乃至光波长调谐功能于一体的性能优异的WDM解复用光接收集成器件。该器件已在密集波分复用(DWDM)系统中试用,效果良好。该器件的应用在简化网络设计、提高网络设备集成度、降低网络建设成本等方面具有巨大的潜在优势。

  该实验室还取得了与上述器件成果密切相关的如下一系列具有原创性或具有重要应用价值的成果:

  1、发明了可以在化合物半导体材料外延层中制备出倾角大范围可控和表面质量良好的楔形结构的可控自推移动态掩膜湿法刻蚀技术,相继从实验上突破了GaAs基和InP基楔形结构制备工艺,在此过程中还发明了一种InP基工艺专用新型腐蚀液。该工艺成果处于国际领先水平,不仅解决了GaAs基、InP基“一镜斜置三镜腔”器件的斜镜微结构制备问题,而且为研制更多的新型集成光电子器件提供了新的结构自由度和工艺手段;

  2、发明了一种可用于GaAs/InP基材料之间低温、高质量晶片键合的简便、低成本且无毒性的新型表面化学处理工艺,在低达360℃的温度下实现了GaAs/InP基材料之间的高质量晶片键合,键合强度达到了兆帕级,拉断实验的断裂面非键合界面,该工艺成果处于国际领先水平,已被应用于长波长光探测器的制备,解决了InP基长波长“一镜斜置三镜腔”器件制备过程中滤波腔和吸收腔之间的材料兼容问题,并可广泛应用于各种需要高质量晶片键合工艺的场合;

  3、首次提出了RCE光探测器的外腔调谐和液晶微腔调谐技术,并实现了GaAs基RCE光探测器的外腔调谐(调谐范围10nm)和液晶微腔调谐(调谐范围8nm)。同时,在GaAs基材料上研制成功了基于微机械调谐的可调谐光滤波器和可调谐RCE光探测器(调谐范围31nm),基于热光效应成功地实现了具有InP基吸收腔的长波长“一镜斜置三镜腔”可调谐器件(调谐范围>10nm);

  4、首次将InP-空气隙分布布拉格反射器(DBR)结构引入InP基长波长RCE光探测器中,在突破该结构制备工艺的基础上,首次研制成功了基于该结构的高性能InP基长波长RCE光探测器,获得了50%的量子效率和8GHz的响应带宽,找到了解决InP基长波长RCE光探测器制备难题的新途径。上述InP-空气隙DBR结构及其制备工艺也可进一步应用于InP基“一镜斜置三镜腔”结构的制备;

  5、首次提出了光电性能可分别优化、高效入光耦合和超高速光电响应可彼此兼容的特殊图案透明欧姆接触微结构,首次研制成功了同时基于该结构和InP-空气隙DBR结构的、1550nm波段的性能更高的InP基长波长RCE光探测器,量子效率大于63%,响应带宽为18GHz。该结构及其制备工艺在各种超高速光探测器中有着广阔的应用前景。

  该成果于2006年1月20日通过了鉴定。鉴定委员会给予该成果高度评价。鉴定意见称:“该成果研制组取得了具有重要学术价值和应用前景的高水平自主创新成果”。就器件本身而言,“该成果具有原创性,拥有完全的自主知识产权,器件综合性能为国际领先水平”。鉴定委员会对该器件及多项关键工艺发明的总体鉴定结论为:“该项成果创新性突出,器件综合性能为国际领先水平,符合光电子集成技术发展的战略方向,具有广阔的应用前景”。