面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件及其集成技术研究 -(8)

料。 研究内容 预期目标 5）超高带宽低功耗的光电并行双层体系结构的研究，研究无阻塞和重排无阻塞的拓扑结构，进行光交换网络胖树类拓扑结构研究。 继续针对三个关键科学问题开展深1)揭示基于特殊表面处理的低温键入研究。 合技术中的物理化学机制，进行键合1)基于自建仿真平台设计结合光子界面及附近光学与电学特性的科学晶体和纳米金属结构的新型亚波长表征。 尺度激光器，分析光子晶体效应与等2）实现在低温下SOI/InP基外延片离激元对振荡条件、动态特性、模式的图形低温晶片键合，在低的温度下转换机理和近远场特性的影响。 热处理，保持高的界面能，高的机械2)研究异质材料物理特性对键合界强度，使键合后材料的电学和光学性面兼容性的影响。在上一年基础上开能不受影响。实现键合温度低于展SOI/InP基外延片的图形低温晶350°C，尺寸不小于10mm?10mm。第 二 年 片键合技术研究，研究键合晶片对的完成混合硅基激光器的工艺流程和热处理过程。 工艺制备。 3)研究复合材料体系下的纳米尺度3）完成高速硅基调制器原型制备， 结构的加工技术，包括超薄层金属材实验实现12.5Gbps高速调制功能。 料生长、百纳米以下尺度的图形形成4）完成波导探测器制备，实现探测技术、深刻蚀技术等。 器大于10Gbps的速率。 4）在基本的调制器光学结构设计基5)实现硅（SOI）基选区锗微纳结构础上，在工艺上集成制作调制器光学材料的制备，材料的位错密度达到结构及高速控制电学结构，初步完成1e5cm-2以下，揭示等离激元局域场高速硅基调制器的原型设计与制备。作用下半导体微纳波导结构对高密建设电光测试平台，并对制作的调制度光子非线性吸收饱和机理。 器器件进行基本电光控制传输测试，6）实现10ps量级的载流子响应机理取得特征参数。 分析和建模。 5）开展相关于III-V族波导探测器7）完成光交换网络胖树类拓扑结构的各单项工艺研究，优化掺杂分布，

研究内容 预期目标 优化拓扑结构和制造技术的兼改善电极结构，设计器件版图，确定研究。完整工艺流程 容性，使光开关数和波导交叉最少、6）优化硅基锗材料制备工艺，结合 交换延迟最小。 图形刻蚀和SiGe氧化工艺，制备选8）发表高水平学术论文45篇，申请区硅基（SOI）锗微纳结构材料，降申请专利18项，培养研究生22名。 低锗材料位错密度，达到可用于探测器的目标。研究金属与锗接触界面微结构改性，界面态钝化和势垒高度调制机理和技术，从而降低接触电阻和串联电阻，减小界漏电流。研究等离激元局域场作用下半导体锗微纳波导结构对高密度光子非线性吸收饱和机理。 7）进行光交换网络的交换策略研究，继续研究无阻塞和重排无阻塞的拓扑结构。 1)深入研究光子晶体效应与等离激1)实现边发射硅基混合集成激光器。元对微纳结构激光器的性能影响，重倏逝场耦合硅波导输出，输出波长在点是单纵模的实现问题；深入研究倏1.3μm或1.5μm波段。 逝场耦合对激光器模式、阈值及效率2）实现20Gbps的高速调制。 第 三 年 的影响。研究单纵模，高输出效率混3)研制成功III-V族波导结构探测合硅基微纳激光器的工艺实现。开展器，响应波长1.3-1.6um,在1.55um激光器与后端波导器件耦合研究。 处响应度达到0.3A/W以上，响应速2）对调制芯片的工作速度、带宽和率大于15 Gbit/s。 功耗等技术指标进行全面测试和细4）设计出锗微纳波导结构探测器，致分析，对已经达到课题要求的指揭示微纳结构获得局域高电场的机标，分析进一步提高的潜力和可行理，在低于5V偏压下观测到雪崩倍性，对尚未到达预期值的指标，分析增效应。 原因，并提出初步解决思路。建立调5）采用CMOS集成技术实现硅基

研究内容 预期目标 制器等效电路模型并提取关键参数，4X4高速电光开关阵列，光交换阵列提出器件结构和工艺的改进措施。 的交换延迟时间2～5ns，消光3）研究双内电极结构及共面波导传比>15dB。 输线，深入研究并了解制约波导探测6）完成体系结构中光交换层超结点器带宽和响应度的各种因素 内CPU光互连端口技术方案的研形成技术方案报告，技术方案报4）探索在微纳波导锗探测器结构内究，实现低压雪崩倍增效应的机理和工告主要包括每个CPU具有单向艺条件。研究设计高速硅基锗微纳波800Gbps的光互连端口等； 导结构探测器，设计波导型探测器结7)发表论文50篇，申请专利20项，构实现载流子输运和光传播吸收的培养研究生25名，博士后2位。 解耦合，降低器件的渡越时间和RC延迟时间，减小器件内部载流子扩散引起的时间延迟。 5）研究多种硅基微纳光子功能器件的集成方法；研究与CMOS兼容的纳米精度多层套刻曝光等硅基工艺。继续对微纳工艺条件进行摸索、优化，尤其是异质兼容性的研究。 6）研究光交换网络与电控制网络的协调同步优化机制，研究无阻塞和重排无阻塞的拓扑结构，进行光交换网络torus类拓扑结构研究。