一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构和制造方法技术

本发明专利技术涉及激光器技术领域，提供了一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构和制造方法。其中结构包括SOI衬底、三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导，所述三五族有源区波导的出光口与所述硅波导的进光口耦合，所述硅波导的出光口与所述聚合物波导的进光口耦合；所述聚合物波导的出光口与所述激光器的出光口耦合。本发明专利技术实施例可以实现激光器的热不敏感，温度变化时，激光器光波长稳定不变，不需要额外使用TEC来控温，能大大降低模块的功耗，实现相同封装方式下更多路光通道的封装，本发明专利技术实施例中激光器制作在SOI上，芯片发光可以直接进入光波导中传输，不需要额外进行耦合，利于集成与批量生产。

Structure and manufacturing method of heterojunction thermal insensitive laser based on SOI

The invention relates to the technical field of lasers, and provides a structure and a manufacturing method of a heterojunction thermal insensitive laser based on SOI. The structure includes a SOI substrate, waveguide, group 35 active region negative temperature coefficient of refractive index of the polymer waveguide and the silicon waveguide, the waveguide group 35 active region in light of light coupled with the silicon waveguide, the silicon waveguide in light coupled with the light in the polymer waveguide; the outlet of polymer waveguide coupled with the laser light. The embodiment of the invention can realize laser heat sensitive, temperature changes, the laser wavelength is stable, without the need for additional use of TEC to temperature control, can greatly reduce the power consumption of the module, more optical channel to achieve the same package under the package, the embodiment of the invention of laser manufacture on SOI chip light emitting can be directly enter the waveguide transmission, without the need for additional coupling to integration and mass production.

【技术实现步骤摘要】
一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构和制造方法
本专利技术涉及激光器
，特别是涉及一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构和制造方法。
技术介绍
随着信息传输带宽的需求一直在以爆炸的速度增长，为满足网络流量的飞速发展，在骨干层网络，40Gbps、100Gbps光网络已经开始商用部署，400Gbps或1Tbps光通信系统也开始研究。高速率宽带宽的发展，要求波分复用的波长间隔越来越小，尤其速率上了100Gbps之后，LWDM(LinkedWavelengthDivisionMultiplexing)通讯窗口要求波长在2nm范围变动，现有激光器芯片会随着温度变化而波长漂移。高速率光模块封装中不得不采用半导体致冷器(ThermoElectricCooler,简写为：TEC)、热敏电阻等温控元件对laser进行温控处理，实现稳定波长输出的目的。TEC的引入不但增大了整个光模块的功耗，也给封装带来了极大的不便，同一封装形式，如四通道SFP接口(QuadSmallForm-factorPluggable，简写为：QSFP)、CFP4等需要腾出一部分空间来封装TEC，芯片封装空间的减小限制了多路通讯波长的引入，影响多路高速率的光模块发展。
技术实现思路
本专利技术实施例要解决的技术问题是现有的激光器温度补偿控制都是基于TEC完成的，而相应结构需要腾出一部分空间来封装TEC，芯片封装空间的减小限制了多路通讯波长的引入，影响多路高速率的光模块发展。本专利技术实施例采用如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构，包括SOI衬底、三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导，所述三五族有源区波导负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导位于所述SOI衬底二氧化硅层上，所述三五族有源区波导位于所述硅波导上，具体的：所述三五族有源区波导的出光口与所述硅波导的进光口耦合，所述硅波导的出光口与所述聚合物波导的进光口耦合；所述聚合物波导的出光口与所述激光器的出光口耦合。可选的，所述硅波导的进光口为锥形，所述三五族有源区波导与所述硅波导的锥形进光口完成耦合。可选的，所述硅波导的出光口为锥形，所述聚合物波导以套刻的方式制作，并且所述聚合物波导的进光口套接在所述硅波导的锥形出光口上。可选的，所述三五族有源波导bonding在SOI衬底的中层SiO2波导上；其中，SOI衬底包括底层硅波导、中层SiO2波导和顶层硅波导。可选的，在所述激光器为DBR激光器时，在所述衬底之上，且位于所述三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导之下设置有光栅层；其中，位于所述三五族有源区波导左侧和负折射率温度系数右侧设置有光栅区，作为激光器的反射腔端面。可选的，所述三五族有源区波导的长度L和折射率n，以及聚合物波导的长度Ls和折射率ns，由上述四个参数以及各参数相对于温度的变化系数，构成三五族有源区波导的等效波长波动因子和聚合物波导的等效波长波动因子；根据所述三五族有源区波导的等效波长波动因子和聚合物波导的等效波长波动因子之和为零，在确定所述折射率n和折射率ns对于温度的变化系数后，得到所述三五族有源区波导的长度L和聚合物波导的长度Ls的长度比例；依据所述长度比例制作所述三五族有源区波导和/或聚合物波导。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构，包括SOI衬底、三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导、硅波导、第一SiO2波导和第二SiO2波导，所述三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导、硅波导、第一SiO2波导和第二SiO2波导位于所述SOI衬底上，具体的：所述三五族有源区波导的出光口与所述硅波导的进光口耦合，所述硅波导的出光口与所述第一SiO2波导的进光口耦合；所述第一SiO2波导的出光口与所述聚合物波导的进光口耦合；所述聚合物波导的出光口和所述第二SiO2波导的进光口耦合。可选的，所述硅波导的进光口为锥形，所述三五族有源区波导与所述硅波导的锥形进光口完成耦合。可选的，所述硅波导的出光口为锥形，所述第一SiO2波导以套刻的方式制作，并且所述聚合物波导的进光口套接在所述硅波导的锥形出光口上。第三方面，本专利技术实施例还提供了一种基于SOI的异质结热不敏感激光器的制作方法，所述方法包括：通过光刻在所述SOI衬底上制作硅波导图形，其中，所述硅波导图形的进光口和出光口分别被制作成锥形；将三五族有源区波导bonding在所述SOI衬底的预设位置，使得所述三五族有源区波导的出光口和所述硅波导的锥形进光口完成耦合；在所述硅波导的出光口侧套刻聚合物波导，其中，所述聚合物波导的进光口覆盖在所述硅波导的出光口的锥形图形之上，所述聚合物波导的出光口与所述激光器的出光口完成耦合。本专利技术实施例可以实现激光器的热不敏感，温度变化时，激光器光波长稳定不变，不需要额外使用TEC来控温，能大大降低模块的功耗，实现相同封装方式下更多路光通道的封装，本专利技术实施例中激光器制作在SOI上，芯片发光可以直接进入光波导中传输，不需要额外进行耦合，利于集成与批量生产。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构俯视图；图2是本专利技术实施例提供的一种有源层波导和硅波导耦合结构俯视图；图3是本专利技术实施例提供的一种有源层波导和硅波导耦合结构左视图；图4是本专利技术实施例提供的另一种有源层波导和硅波导耦合结构俯视图；图5是本专利技术实施例提供的另一种有源层波导和硅波导耦合结构左视图；图6是本专利技术实施例提供的一种硅波导和聚合物波导耦合结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种基于SOI的异质结热不敏感DBR激光器结构主视图；图8是本专利技术实施例提供的另一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构俯视图；图9是本专利技术实施例提供的一种基于SOI的异质结热不敏感激光器制作方法流程图；图10是本专利技术实施例提供的另一种基于SOI的异质结热不敏感激光器制作方法流程图。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术而不是要求本专利技术必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本专利技术的限制。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。全光互联取代电互联是大势所趋，具有非常诱惑的前景，而硅光互连则是业内公认最有可能实现全光互联的技术方案。由于硅材料是间接带隙，用来制作成光源发光效率非常低，目前比较可行的方式是采用三五族的芯片与SOI实现混合集成。但芯片与SOI波导尺寸太小，耦合是一重大难题，采用lens耦合工本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，包括SOI衬底、三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导，所述三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导位于所述SOI衬底上，具体的：所述三五族有源区波导的出光口与所述硅波导的进光口耦合，所述硅波导的出光口与所述聚合物波导的进光口耦合；所述聚合物波导的出光口与所述激光器的出光口耦合。

【技术特征摘要】
1.一种基于SOI的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，包括SOI衬底、三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导，所述三五族有源区波导、负折射率温度系数的聚合物波导和硅波导位于所述SOI衬底上，具体的：所述三五族有源区波导的出光口与所述硅波导的进光口耦合，所述硅波导的出光口与所述聚合物波导的进光口耦合；所述聚合物波导的出光口与所述激光器的出光口耦合。2.根据权利要求1所述的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，所述硅波导的进光口为锥形，所述三五族有源区波导与所述硅波导的锥形进光口完成耦合。3.根据权利要求1或2所述的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，所述硅波导的出光口为锥形，所述聚合物波导以套刻的方式制作，并且所述聚合物波导的进光口套接在所述硅波导的锥形出光口上。4.根据权利要求1所述的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，所述三五族有源波导bonding在SOI衬底的中层SiO2波导上；其中，SOI衬底包括底层硅波导、中层SiO2波导和顶层硅波导。5.根据权利要求1所述的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，在所述激光器为DBR激光器时，位于所述三五族有源区波导左侧和负折射率温度系数右侧设置有光栅区，作为激光器的反射腔端面。6.根据权利要求1所述的异质结热不敏感激光器结构，其特征在于，所述三五族有源区波导的长度L和折射率n，以及聚合物波导的长度Ls和折射率ns，由上述四个参数以及各参数相对于温度的变化系数，构成三五族有源区波导的等效波长波动因子和聚合物波导的等效波长波动因子；根据所述三五族有源区波导的等效波长波动因子和聚合物波导的等效波长波动因子之和为零，在确定所述折射率n和折射率ns对于温度的变化系数...

【专利技术属性】
技术研发人员：常江，李庭宇，周日凯，付永安，孙莉萍，
申请(专利权)人：武汉电信器件有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42