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中文摘要：
采用传统分立光电子器件构建网络系统正面临着容量和能耗两大挑战，基于并行集成的高速光电子器件是解决此难题的关键。本课题以10x10Gb/s并行光发射单片集成芯片为主要研究载体，研究大规模并行集成的基础科学问题和技术实现途径。并行光发射单片集成芯片具有多波长激光发射、高速调制和单一光波导输出三种功能。本课题基于自主专利技术，重点研究多波长激光模式的调谐与稳定机制，以及芯片内部热和电的相互串扰规律，研究功能材料能带匹配和MOCVD外延生长技术，不同光电功能材料和结构兼容的制备工艺和光场限制机理，实现有源和无源功能器件的单片集成。最终研制成功符合ITU-T波长规范的10通道激光器阵列和10Gb/s电吸收调制器阵列与波分复用器的单片集成芯片，并掌握相关的核心光子集成技术。
英文摘要：
Photonics integrated circuits；Multi-channel transmitter；DFB laser array；Active/passive integration；InP fabrication process
结论摘要：
本重大项目课题涉及单片光子集成电路（PIC）光发射芯片的设计和制作，研究 InP 基并行集成的激光器阵列发射芯片的设计和制作方法和工艺，以及实现单一光波导输出的合波技术，最终实现单一波导耦合输出的 10×10Gb/s 并行光发射单片集成芯片。针对以上关键研究内容，取得的主要创新成果说明如下。 在激光器阵列研究上，完善了重构-等效啁啾（REC）方法的半导体DFB激光器技术，掌握了REC技术制作分布反馈（DFB）激光器阵列的关键技术点，实现了单片集成发光范围最大70nm跨度的激光器阵列，为后续开发高质量激光器阵列打下了坚实的基础。实现了国内第一个可测试的激光器阵列模块。在激光器阵列的波长间隔控制上，从理论上证明比传统技术好2个数量级，2013年被美国麻省理工学院（MIT）电子研究所用标准CMOS工艺所实验上完全证实。本课题实现了60通道激光器阵列，波长间隔初步实验结果已经比传统结果好近1个数量级，并刊登在Nature出版集团下的期刊Scientific Reports。创新开发出选择区外延生长（SAG）上波导限制层技术，制备出25GHz，50GHz，100GHz和200GHz等间隔多波长分布反馈（DFB）激光器阵列芯片。 在材料和工艺制造上，开发出两英寸全息和局部光栅技术，解决了低成本批量化生产DFB激光器和研发大尺寸PIC芯片的关键难题。开发出Ti电阻条与DFB激光器集成制备工艺技术，实现了DFB激光器波长的连续调谐。引入含Al刻蚀停止层技术，实现了反应离子干法刻蚀无源波导芯层厚度的精确控制。优化了有源无源对接外延技术，实现了多种功能器件的低损耗对接生长，开发出浅脊/深脊自对准工艺技术，实现了有源与无源波导的良好过渡和衔接。 在此基础上，最终研制出了多种光子单片集成芯片。实现了单一波导耦合输出的 10×10Gb/s 并行光发射单片集成芯片原型。单元集成器件数量达三十多个，此为目前国内在InP基材料上实现的单元集成数量最多的单片集成PIC芯片。
成果综合统计
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