面向 CMOS 兼容的 III-V 异构量子点激光器的光波导对设计
光学
2025-11-21 v1 其他凝聚态物理
摘要
开发兼具紧凑型与低能耗的硅光子集成激光器（工作波长 1.3 μm）仍是硅光子技术中关键焦点，对于推动数据通信和光学互连技术的发展至关重要。本文提出了分布式布拉格反射镜 (DBR) 型 III-V 异构硅基激光器的数值研究，分析设计中的权衡与优化策略，基于超模理论。该设计的 III-V 部分采用 InAs/(Al)GaAs 量子点 (QD)，其优势在于在温度变化下保持较好的不敏感性，但因 (Al)GaAs 的高折射率导致 III-V/硅光耦合更为复杂。因此，目前许多激光器设计采用厚度超过 220 nm 的硅波导，以实现光耦合，但这会限制其与标准 CMOS 技术的兼容性。为此，我们专注于 220 nm 厚度的硅波导进行详细仿真。首先考察模式分布如何同时取决于硅波导尺寸以及 III-V 堆层的几何结构与成分。基于此分析，我们提出一种新颖的生长层设计，实现有效的 III-V/硅光耦合，在增益区段使光模式强烈局限于 III-V 波导内，并在被动区段将其高效导入硅波导。此外，最终设计对制造导致的偏离 nominal 参数具有较好的鲁棒性。
引用
@article{arxiv.2511.16222,
title = {Optical Waveguide-Pair Design for CMOS-Compatible Hybrid III-V-on-Silicon Quantum Dot Lasers},
author = {Peter Raymond Smith and Konstantinos Papatryfonos and David R. Selviah},
journal= {arXiv preprint arXiv:2511.16222},
year = {2025}
}
备注
21 pages