Phys.Status Solidi:電子科技大學實現全矽電光調製:MOS微納結構之...

　　電光調製器在光、網絡中起著關鍵作用。就像電晶體作為電信號的開關一樣，電光調製器可用作光信號的開關。光路中電光調製器的作用，在一定程度上等價於電晶體在集成電路中的作用。矽基電光調製器與電晶體製作在矽襯底上，可以實現光電集成電路（OEIC）。矽發光器件的調製技術是矽基光互連領域的研究熱點、難點。

　　電子科技大學的徐開凱教授採用柵控二極體開展電光調製的理論研究，推導得出器件的本徵最高調製能達到接近GHz。載流子可控有望進一步降低光子在器件內部的損耗，提高器件發射效率，而且調製速度在現有的研究基礎上也有望進一步提升。發射波段與矽光探測器有最佳的光譜匹配，是各種遙控器、光電耦合器、光電檢測系統的關鍵器件。研究成果以論文形式發表在IEEE Sensors Journal [16(16), 6184-6191, (2016)]，入選ESI Hot Papers，並在2017-2018年度持續入選了ESI Highly-Cited Papers。

　　在該ESI熱點論文的研究基礎上，徐開凱發現矽MOS型電光調製器中電致發光主要是由於熱電子與空穴的複合所引發，據此另闢蹊徑，採用獨特的技術路徑解決器件電光調製難點。通過建立器件的解析模型，提取出器件內部(尤其是矽MOS型電光調製器柵極與體矽結合部分)存在的各類電容參數，進行量化分析；通過對微分方程的求解和邊界條件的確定，開展對MOS電容結構與PN 結區互相作用機制的理論研究，獲得器件的電容分析表徵模型。在電光調製器設計中，利用器件的電容分析表徵模型，重點研究外加電壓變化對器件內部載流子分布的影響，基於PN結反向偏壓下的光輻射現象建立載流子分布與發光強度的關係，提出具有類MOS 結構的新型電光調製器。藉助半導體工藝模擬以及器件模擬工具進行相關的器件設計；通過調控矽MOS型電光調製器柵極電壓，對擊穿區域的電場進行調製，進而影響器件流過擊穿區與的電流，依靠電流與光強的線性關係，實現對光強調控，並進一步利用載流子色散效應使載流子壽命降低至ps量級，實現了全矽單片集成之高速電光調製，見Physica Status Solidi (a), [216(7), 1800868, (2019)] (doi: 10.1002/pssa.201800868)。MOS型場致矽基電光調製之小信號模型、單片集成之矽晶片級器件，以及獨具特色的發光波譜更是被PSS期刊以Back Cover形式選為技術進展之亮點。

　　該晶片採用標準矽IC工藝之集成技術，具有體積小、功耗低、穩定性高、成本低等特點，是當今半導體光電器件與集成技術中最有前景的主流技術之一。這種方案從根本上解決了全矽電光調製受矽材料自身特性限制的瓶頸，為真正實現多埠可控矽電光調製，高速響應、集成化發射光源提供有力支撐，為未來集成光子集成器件發展帶來新一輪技術變革。