多波长硅基混合集成slot激光器集成光源及其制备方法技术

技术编号:15766288 阅读:90 留言:0更新日期:2017-07-06 11:20
一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源及其制备方法,多波长硅基混合集成slot激光器集成光源包括硅基波导结构及键合在所述硅基波导结构上的多模半导体增益激光器阵列,其中,所述硅基波导结构包括:硅基衬底,n条波导通道,设置在所述硅基衬底上,每一波导通道包括顺序设置的硅波导部分、taper部分以及slot部分,所述各波导通道的slot部分的宽度均不同,其中n≥2,n为正整数,多模干涉耦合器,设置在所述硅基衬底上,以及弯曲波导组,连接至少一条波导通道及多模干涉耦合器。

Multi wavelength silicon based hybrid integrated slot laser integrated light source and preparation method thereof

A multi wavelength silicon hybrid integrated slot semiconductor laser and its preparation method, multi wavelength silicon hybrid integrated slot laser integrated light source comprises a silicon waveguide structure and bonding multimode semiconductor laser array gain, the structure of the silicon waveguide which comprises silicon waveguides: silicon substrate. N stripe waveguide channel, arranged on the silicon substrate, a waveguide channel including the order set of silicon waveguide part, taper part and slot part, slot part of the width of the waveguide channels are different, wherein n = 2, n is a positive integer, multimode interference coupler is arranged on the silicon based on the substrate, and the waveguide group is connected with at least one channel waveguide and multimode interference coupler.

【技术实现步骤摘要】
多波长硅基混合集成slot激光器集成光源及其制备方法
本专利技术属于光电子领域,特别涉及一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源及其制备方法。
技术介绍
在硅基光子学中,硅基光子集成芯片与以InP基为代表的的三五族化合物半导体光子集成芯片的构成基本相一致,简单划分包含有光源、调制器、探测器、无源光波导、耦合器等,对于硅材料来说其中最难以解决的就是硅基光源的问题,本征的硅材料是间接带隙材料,其发光效率很低,完全不能用作光互连中的光源。
技术实现思路
鉴于上述技术问题,为了克服上述现有技术的不足,本专利技术提出了一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源及其制备方法。根据本专利技术的一个方面,提供一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,包括硅基波导结构及键合在所述硅基波导结构上的多模半导体增益激光器阵列,其中,所述硅基波导结构包括:硅基衬底,n条波导通道,设置在所述硅基衬底上,每一波导通道包括顺序设置的硅波导部分、taper部分以及slot部分,所述各波导通道的slot部分的宽度均不同,其中n≥2,n为正整数,多模干涉耦合器,设置在所述硅基衬底上,以及弯曲波导组,连接至少一条波导通道及多模干涉耦合器。根据本专利技术的另一方面,提供一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的制备方法,包括:制备硅基波导结构及多模半导体增益激光器阵列,以及将多模半导体增益激光器阵列键合至所述硅基波导结构上,其中所述硅基波导结构包括:硅基衬底,n条波导通道,设置在所述硅基衬底上,每一波导通道包括顺序设置的硅波导部分、taper部分以及slot部分,所述各波导通道的slot部分的宽度均不同,其中n≥2,n为正整数,多模干涉耦合器,设置在所述硅基衬底上,以及弯曲波导组,连接至少一条波导通道及多模干涉耦合器。从上述技术方案可以看出,本专利技术至少具有以下有益效果之一:(1)采用slot结构作为选模结构,其制备工艺简单,使用与标准CMOS工艺兼容的光刻技术就可以达成,且其工艺灵活,制作成本低;(2)通过改变波导通道上slot的宽度就实现多波长激光器集成光源,符合WDM系统对应的信号要求;(3)采用金属键合键合热导率高、良好的电学特性,并提高光耦合效率。附图说明图1为本专利技术一实施例的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的结构示意图;图2为图1中硅基波导结构的结构示意图;图3为图2中B区域的放大示意图;图4为图2中A区域的放大示意图;图5为图1中多模半导体增益激光器阵列的掩埋脊波导激光器单体的结构示意图;图6为本专利技术一实施例的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的静态测试图;图7为本专利技术一实施例的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的光谱图。具体实施方式本专利技术某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述,其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上,本专利技术的各种实施例可以许多不同形式实现,而不应被解释为限于此数所阐述的实施例;相对地,提供这些实施例使得本专利技术满足适用的法律要求。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本专利技术进一步详细说明。图1为本专利技术一实施例的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的结构示意图,如图1所示,多波长硅基混合集成slot激光器集成光源100包括:硅基波导结构10以及键合在所述硅基波导结构10上的多模半导体增益激光器阵列20。图2为图1中硅基波导结构的结构示意图,如图2所示,本实施例中中,硅基波导结构10包括三层硅基SOI衬底波导结构,该结构包括依次层叠硅基衬底11、氧化硅层12以及顶硅层13,所述顶硅层13包括n条相互平行设置的波导通道131、弯曲波导组132以及多模干涉耦合器133。氧化硅层12的厚度优选为2微米。图3为图2中B区域的放大示意图,图3仅示出了硅基波导结构的一部分,即仅包括一波导通道的部分,图2中的硅基波导结构10包括多个平行设置的图3所示的部分,如图3所示,波导通道131沿X方向平行设置,每一波导通道包括顺序设置的硅波导部分1311、taper部分1312以及slot部分1313,其中,slot部分1313的宽度小于硅波导部分1311的宽度,Taper部分连接硅波导部分1311及slot部分1313,其宽度由硅波导部分1311的宽度逐渐过渡到slot部分1313的宽度。n条波导通道的硅波导部分1311相同,具有相同的长度和宽度,n条波导通道的slot部分1313均具有相同长度及间隔周期,但n条波导通道的slot部分1313的宽度各不相同。每条波导通道131的硅波导部分1311两侧各设置一个键合金属层14,用于与多模半导体增益激光器阵列20键合。图4为图2中A区域的放大示意图,如图4所示,多模干涉耦合器133用于输出所需光,包括一输出波导1331、多模干涉耦合器本体1332以及至少一输入波导1333,弯曲波导组132包括至少一弯曲波导1321,每一弯曲波导连接一条波导通道131至一输入波导1333。多模半导体增益激光器阵列20包括n个相互连接的呈阵列片排布的掩埋脊波导激光器单体,本实施例中,多模半导体增益激光器阵列20为P型衬底外延生长的掩埋脊波导InGaAsP激光器阵列,n个相互连接的呈阵列片排布的掩埋脊波导激光器单体的周期为240微米,图5为图1中多模半导体增益激光器阵列20的掩埋脊波导激光器单体的结构示意图,如图3所示,掩埋脊波导激光器单体为掩埋脊波导InGaAsP激光器,其包括P型衬底21及其上的Buffer层22,粒子注入区域23设置在Buffer层22上,且在粒子注入区域23中间位置形成凹槽,凹槽底部为Buffer层22,凹槽内依次设置有下限制层24、有源区25以及上限制层26,凹槽顶部及周边区域设置有波导层27,粒子注入区域23未被波导层27覆盖的区域设置有氧化硅层28,氧化硅层28和波导层27上设置有带有窗口29的N面金属电极,窗口对应所述凹槽设置,P型衬底21底面设置有P面金属电极。结合附图1-5,本实施例中,多模半导体增益激光器阵列20金属键合至硅基波导结构10上,多模半导体增益激光器阵列20倒置,每一掩埋脊波导激光器单体的窗口对应一波导通道,每一掩埋脊波导激光器单体的窗口两侧的N面金属电极键合至一波导通道的硅波导部分131两侧的键合金属层14。本实施例中的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的工作原理是:多模半导体增益激光器阵列20提供多模激光,每一掩埋脊波导激光器单体均发射相同的多模激光,每一掩埋脊波导激光器单体发射的单模激光分别耦合至对应的波导通道中,波导通道通过slot部分对多模激光进行选模,仅反射一单模激光由硅波导部分131出射,slot部分的宽度决定了反射单模激光的波长,多模干涉耦合器133耦合需要的多个单模激光作为集成光源发射。图6为本专利技术一实施例的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的静态测试图。如图6中的(a)所示,本专利技术实施例一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的典型阈值电流为12mA,最大输出功率为700微瓦,如图6中的(b)所示,边模抑制比约为20dB。图7为本专利技术一实施例的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的光谱图。如图7所示,以n=4为例,本实施例一种多波长硅基混合集成本文档来自技高网...
多波长硅基混合集成slot激光器集成光源及其制备方法

【技术保护点】
一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,包括硅基波导结构及键合在所述硅基波导结构上的多模半导体增益激光器阵列,其中,所述硅基波导结构包括:硅基衬底,n条波导通道,设置在所述硅基衬底上,每一波导通道包括顺序设置的硅波导部分、taper部分以及slot部分,所述各波导通道的slot部分的宽度均不同,其中n≥2,n为正整数,多模干涉耦合器,设置在所述硅基衬底上,以及弯曲波导组,连接至少一条波导通道及多模干涉耦合器。

【技术特征摘要】
1.一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,包括硅基波导结构及键合在所述硅基波导结构上的多模半导体增益激光器阵列,其中,所述硅基波导结构包括:硅基衬底,n条波导通道,设置在所述硅基衬底上,每一波导通道包括顺序设置的硅波导部分、taper部分以及slot部分,所述各波导通道的slot部分的宽度均不同,其中n≥2,n为正整数,多模干涉耦合器,设置在所述硅基衬底上,以及弯曲波导组,连接至少一条波导通道及多模干涉耦合器。2.根据权利要求1所述的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,其中,所述硅基衬底上设置有二氧化硅层,所述n条波导通道、多模干涉耦合器及弯曲波导组设置在所述二氧化硅层上。3.根据权利要求1所述的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,其中,所述n条波导通道平行设置,每条波导通道两侧均设置有键合金属层,用于键合所述多模半导体增益激光器阵列。4.根据权利要求3所述的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,其中所述的多模半导体增益激光器阵列包括n个相互连接的掩埋脊波导激光器单体,与所述n条波导通道一一对应。5.根据权利要求4所述的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,其中所述掩埋脊波导激光器单体包括掩埋脊波导InGaAsP激光器。6.根据权利要求1所述的多波长硅基混合集成slot激光器集成光源,其中,所述多模干涉耦合器包括一输出波导、多模干涉耦合器本体以及至少一输入波导,所述弯曲波导组连接至少一条波导通道至至少一输入波导。7.一种多波长硅基混合集成slot激光器集成光源的制备方法,其中,包括:制备硅基波导结构及多模半导体增益激光器阵列,以及将多模半导体增益激光器阵列键合至所述硅基波导结构上,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:戴兴李梦珂李雅博李召松周旭亮于红艳潘教青
申请(专利权)人:中国科学院半导体研究所
类型:发明
国别省市:北京,11

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