周 吉， 贺志宏， 于孝军， 杨东来， 董士奎

(1. 哈尔滨工业大学 能源学院， 黑龙江 哈尔滨 150001; 2. 中国空间技术研究院第508研究所， 北京 100094; 3. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033)



硅基半导体多场耦合下的光传输及电调控特性分析

周 吉1,2， 贺志宏1*， 于孝军3， 杨东来3， 董士奎1

(1. 哈尔滨工业大学 能源学院， 黑龙江 哈尔滨 150001; 2. 中国空间技术研究院第508研究所， 北京 100094; 3. 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所， 吉林 长春 130033)

针对硅基半导体电光热多场耦合特性及电调控问题，引入泊松方程和载流子连续性方程来计算载流子输运过程的浓度分布，利用德鲁德-洛伦兹公式和K-K关系式考虑载流子浓度变化对于光折射率和吸收系数的影响，并根据电磁耗散求解热沉积项。通过对半导体基本方程、电磁波动方程和能量方程的耦合方程组进行有限元求解，模拟并分析了电光热三者耦合作用下硅基半导体介电属性及光传输行为随外加电压、载流子初始浓度、换热系数等影响因素的变化规律。研究指出了半导体P区表面反射光电场模随外加电压的降低而升高，随换热系数的增大而降低的规律。利用该机制给出了对反射光强空间分布进行电热调控的方案。

硅基半导体； 载流子浓度； 热光效应； 电光效应； 电热调控

1 引 言

硅基电光调制在滤波器、调制器、复用/解复用器、可重构光插分复用器、波长转换器、光开关等光电器件中有着广泛的应用。由于硅具有易集成、低成本以及大容量等特点，近年来已经逐渐取代铌酸锂(LiNbO3)成为制造电光器件的主要材料。……