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硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的研究的开题报告
一、研究背景
随着信息技术的快速发展和应用范围的不断扩大，高速、高效、高质量的光通信系统已逐渐成为现代通信领域的主流。其中，激光器作为光通信系统中所不可或缺的光源装置，其性能的优越性关系到整个系统的高速稳定运行。因此，如何提高激光器的性能和稳定性一直是激光器研究的重要课题。
常用的激光器材料有半导体材料和稀土材料两类，其中半导体激光器具有紧凑、高效、可控制和易集成等优点，因此已经成为中短距离通信和计算机数据传输的主要光源。然而，传统的具有较高的胁迫差（strain）的半导体激光器材料（如InGaAsP）由于材料缺陷或位错而存在结构失配等问题，导致了在一定程度上的电子和空穴非辐射复合，从而限制了器件的性能和寿命。
而硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器是近年来兴起的新型激光器材料，具有优良的性能和可靠性，其主要优点是硅材料晶格常数适应性强，使得硅基材料能减少由失配引起的一些非辐射复合和缺陷产生的问题，从而提高电子空穴激子数量，克服了InGaAsP材料的限制，为研究和应用提供了广阔的发展前景。
二、研究内容及意义
硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的研究主要是探究该材料的制备工艺、结构和性能，以及探索其在光通信和微电子等领域的应用。具体而言，本研究将围绕以下几方面进行研究：
1.硅基材料的制备工艺研究：研究硅基材料中的Si基板、SiO2绝缘膜和III--V族材料的共蒸发等制备工艺，探究优化制备工艺对硅基材料中的III--V族材料晶体品质的影响。
2.结构设计与制备：设计硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的结构和工艺，包括选择合适的III--V族材料和硅材料制作光学上的耦合结构，以及设计合适的光耦合结构、光腔结构和阶梯反射面等，为实现高效的激光输出提供理论基础。
3.激光器性能测试和分析：对制备得到的硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器进行各项性能测试和分析，如光谱测试、光电流输出测试等，拟从载流子寿命、光谱红移和输出功率等方面对其进行定量分析和比较。
本研究的主要意义在于：
1.探究硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的性能和特点，这对于促进硅基光电子学和光通信等领域的发展有着重要意义。
2.建立激光器的物理模型，探究器件内在机理，研究激光器的光学和电学性能规律，为进一步优化器件性能提供指导。
3.为激光器产业提供新的技术路线和方向，推动半导体激光器的发展。
三、研究计划及进度安排
本研究计划从2022年开始，时长为3年，主要分为以下几个研究阶段：
1.第一年：对硅基材料的制备工艺进行研究，选择合适的工艺并完成对III--V族材料的共蒸发。
2.第二年：设计硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的结构和工艺，并进行结构制备。
3.第三年：对制备得到的硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器进行实验测试，分析和比较不同工艺对器件性能的影响。
四、研究预期结果
1.成功实现硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的制备和性能测试。
2.提出一种新的激光器材料的研究和应用方向。
3.探索硅基材料和III--V族材料的光电性质及其结合形式，从理论上解释硅基Ⅲ--Ⅴ族多量子阱激光器的光电特性。