面向高性能计算机超结点的关键微纳光电子器件(3)

（3） 纳米光电子集成芯片中异质材料、功能器件间的集成与兼容

项目中所研究的纳米光电子集成芯片将集合 III-V 族半导体微纳激光器、Si 基微纳调制器、Si基光交换阵列、硅基微纳结构光波导、硅基 Ge材料微纳探测 器等核心光电子器件，涉及不同的功能结构及多种异质材料，发挥Si、 Ge和 III-V材料分别在光电集成、光探测和光发射方面的显著优势，研究异质材料及各功能器件间的集成和兼容成为急需解决的关键科学问题。其中 Si 和 InP 晶格失配高达 8.1％，Si和 Ge晶格失配也达 4.2%，存在常规的异质外延生长工艺无法实现材料兼容的问题，如何解决Ge/Si选择区域外延生长问题，如何解决低温高质量的硅基异质集成技术，包括III-V/Si直接键合、中间层键合、表面活化键合等低温异质键合等问题，是解决异质材料兼容科学问题的关键。另外，纳米光电子芯片是多种功能器件协同运作的微小系统，涉及到光子回路与部件间的光电热力学的耦合、交叉与隔离问题，如何解决纳米尺度内的光电热力多场传导、耦合、管理问题，如何解决微纳米光学谐振腔器件的无热化机制问题、多种光子器件间模斑尺寸和折射率失配问题等，是解决功能器件间的集成与兼容科学问题的关键。

主要研究内容：

（1）研究光子晶体能带效应、等离子激元效应等在微纳波导等新型结构体 系中的应用，研究该体系中光子电子相互作用与能量转换

①研究光子晶体结构下，光子能带中局域模式与传导模式的电磁场分布特 性，深入研究特定振荡模式在光子晶体中的局域特性、共振隧穿特性、反常色散特性、慢光特性等对激光振荡及输出的影响。

②研究光子晶体能带中的共振隧穿效应对模式的选择作用，探索模式的高传 导特性、材料的高吸收特性对提高模式之间的光学限制因子的差异和模式竞争差异的作用，探索获得模式优选的可能。

③研究光子晶体能带的光子带隙及高对称点处的特殊色散性能对激光模式 的强烈调控作用，探索利用这一特性实现激光腔内主振模式与寄生模式之间的分离原理。