多波长混合集成光发射阵列制造技术

本发明专利技术提供了一种多波长混合集成光发射阵列，包括多个光处理单元，每个光处理单元包括：一有源光器件，包含第一衬底，所述第一衬底材料为III‑V族半导体材料，用于发射激光；一分束光波导，包含第二衬底，第二衬底的材料与第一衬底相同，用于将所述激光分束，形成分束激光。本发明专利技术中，有源光器件和分束光波导的衬底为同一III‑V族半导体材料，减少了不同材料耦合造成的光损耗，有利于降低光发射阵列的功耗，且改善了多波长混合集成光发射阵列的制备工艺和尺寸。

【技术实现步骤摘要】
多波长混合集成光发射阵列
本专利技术涉及半导体集成
，尤其涉及一种多波长混合集成光发射阵列。
技术介绍
光子集成相较于分立的功能光器件，大大缩小了光模块的尺寸和功耗，是未来实现大容量、低功耗光网络所必须依赖的关键技术。而高速多波长混合集成光发射阵列更是高速光传输网络的核心部件。常见的多波长激光发射阵列的构成为，InP(磷化铟)基DFB(分布式反馈激光器)产生多波长的激光，激光经硅基上的Y型光波导分束后进入铌酸锂的平行光波导进行调制，而后再经硅基Y波导合束后实现强度调制。硅基光波导由于损耗较小，且其折射率可以通过掺杂进行调解，是一种理想的光波导的材料。但是由于有源光电子器件多为III-V族半导体材料，不同材料的光器件之间的集成存在一定的光损耗，且制备工艺复杂。此外，硅基Y型光波导的尺寸较大，是光子集成技术面临的一个挑战。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于提供一种多波长混合集成光发射阵列，以解决上述的至少一项技术问题。(二)技术方案本专利技术的目的在于提供一种多波长混合集成光发射阵列，包括多个光处理单元，每个光处理单元包括：一有源光器件，用于发射激光，包含第一衬底，所述第一衬底为III-V族半导体材料；一分束光波导，用于将所述激光分束形成分束激光，包含第二衬底，第二衬底的材料与第一衬底相同。可选地，所述III-V族半导体材料包括磷化铟。可选地，每个光处理单元还包括：一对平行光波导，与所述分束光波导相连，用于改变所述分束激光的相位；三个行波电极，用于为所述平行光波导提供调制电压；一合束光波导，与所述平行光波导相连，用于将相位调制后的分束激光进行合束，形成合束激光。可选地，还包括：阵列波导光栅，用于将多个光处理单元发射的多束合束激光，复合成一束多波长激光。可选地，所述合束光波导的衬底材料与第一衬底的材料相同。可选地，所述有源光器件还包括：一缓冲层，位于所述第一衬底上；一有源层，位于所述缓冲层上；一光栅层，位于所述有源层上；一第一上波导层，位于所述光栅层上。可选地，分束光波导一侧的光栅层镀有增透膜，光栅层的另一侧镀有高反膜。可选地，所述分束光波导还包括：一缓冲层，位于所述第二衬底上；一芯层，位于所述缓冲层上；一第二上波导层，位于所述芯层上。可选地，由所述第一缓冲层、有源层、第一上波导层构成的光波导的宽度，随着所述芯层的禁带宽度的变大而变小。可选地，所述平行光波导材料为铌酸锂。(三)有益效果本专利技术相较于现有技术具有以下优点：(1)有源光器件多是III-V族半导体材料，因此采用III-V族半导体材料为基底的分束光波导可以大大简化光发射阵列的制备工艺，提高成品率；(2)由于有源光器件和无源分束光波导之间采用相同的III-V族半导体材料，所以由于不同材料耦合造成的光损耗可以大大减少，有利于光发射阵列功耗的降低；(3)硅基分束光波导虽然材料造成的损耗较小，但是硅基分束波导的尺寸很大，采用InP基分束光波导之后，可以大大缩小多波长激光发射阵列的尺寸；(4)合束光波导同样采用III-V族半导体材料，这样可以与后面的InP基的AWG(阵列波导光栅)很好的集成，对于光集成发射阵列的损耗，制备工艺和尺寸等都有改善；(5)调制器中，相位调制的平行光波导的材料采用铌酸锂，光发射阵列单路的调制带宽可以达到数十吉赫兹。附图说明图1为本专利技术实施例的多波长混合集成光发射阵列的结构示意图；图2为本专利技术实施例的有源光器件和分束光波导示意图。具体实施方式现有技术中，多波长激光发射阵列主要由InP(磷化铟)基DFB激光器、硅基Y型分束光波导、调制器和硅基Y型合束光波导组成。虽然硅基光波导的损耗较小，且其折射率可以通过掺杂进行调解，是一种理想的光波导的材料。但是由于有源光电子器件多为III-V族半导体材料，不同材料的光器件之间的集成存在一定的光损耗，且制备工艺复杂。此外，硅基Y型光波导的尺寸较大，是光子集成技术面临的一个挑战。基于前述技术问题，本专利技术提供了一种多波长混合集成光发射阵列，有源光器件和无源分束光波导均采用相同的III-V族半导体材料作为衬底。此外，本专利技术还采用了多个有源光器件，可以发射不同波长的激光，形成多波长激光的混合集成。因为高反膜是反射率较高的反射膜，一般来说，高反膜的反射率大于等于90％，能够将大部分入射光或几乎全部入射光反射回去，因此，本专利技术为了使光栅结构选定模式之外的其他光能反射回来转换为激射模能量，从而增强发射的激光能量，提高了该多波长混合集成光发射阵列的效率。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，对本专利技术作进一步的详细说明。图1为本专利技术实施例的多波长混合集成光发射阵列的结构示意图，如图1所示，本专利技术实施例提供了一种多波长混合集成光发射阵列，包括多个光处理单元，每个光处理单元包括：有源光器件1、分束光波导2、平行光波导3、行波电极4、合束光波导5和AWG6。其中，有源光器件1发射激光；分束光波导2接收有源光器件1发射的激光，并对其进行分束，得到分束激光并将分束激光传导至平行光波导3；平行光波导3接收分束激光后，结合行波电极4提供的调制电压对其进行相位的改变。合束光波导5接收分束激光，并对其进行合束处理，形成合束激光。最后将多个单元发射的多束合束激光发射至AWG(阵列波束光栅)6，AWG6对多束合束激光进行复合，得到一束多波长激光，并将该多波束激光通过一根光纤进行传输。其中，有源光器件1，例如DFB(分布式反馈激光器)有源区，包含第一衬底，第一衬底材料为III-V族半导体。第一衬底的材料与分束光波导2的第二衬底的材料相同，有源光器件1和分束光波导2(可以选择深脊型光波导结构的Y型分束光波导)通过有源-无源端耦合方法进行耦合，因为二者衬底材料相同，可以大大减少由于不同材料耦合造成的光损耗，有利于光发射阵列功耗的降低，同时，采用III-V族半导体材料为基底的分束光波导2可以大大简化光发射阵列的制备工艺，提高成品率。因为磷化铟最为常见，在本领域中应用最为广泛，因此，本专利技术实施例中的III-V族半导体选择磷化铟，在其他实施例中，还可以为GaAs(砷化镓)、GaN(氮化镓)等其他III-V族化合物。根据本专利技术的一种实施例，合束光波导5也选择与分束光波导一样的深脊型光波导结构的InP基Y型光波导，深脊型光波导结构具有偏振无关和小的弯曲半径的优点，有利于降低尺寸，提高集成度。进一步地，平行光波导的材料可以采用铌酸锂，铌酸锂具有良好的电光效应、短的响应时间和较宽的透明波长范围，是理想的调制材料。因为分束光波导将一束激光分束成两束激光，因此，本专利技术设置一对平行光波导，三个与平行光波导平行放置的行波电极，每两个行波电极对一个平行光波导提供调制电压，且不同的调制电压加载在平行光波导上，可以使得铌酸锂的折射率发生改变，从而使得原本相位一致的分束激光的相位也相应发生变化。相位改变后的分束激光经过合束光波导后，形成合束激光，同时，合束激光的强度也会相应改变。举例来说，两束分束激光的相位相差180°，则其合束激光的强度为0；若两束分束激光的相位不发生改变，则其合束激光的强度也不会改变，以此实现合束激光强度的调制。进一步地，因为AWG6为InP基AWG，为了与AWG6更好地集成，减少因材料不同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多波长混合集成光发射阵列，其特征在于，包括多个光处理单元，每个光处理单元包括：一有源光器件，用于发射激光，包含第一衬底，所述第一衬底为III‑V族半导体材料；一分束光波导，用于将所述激光分束形成分束激光，包含第二衬底，第二衬底的材料与第一衬底相同。

【技术特征摘要】
1.一种多波长混合集成光发射阵列，其特征在于，包括多个光处理单元，每个光处理单元包括：一有源光器件，用于发射激光，包含第一衬底，所述第一衬底为III-V族半导体材料；一分束光波导，用于将所述激光分束形成分束激光，包含第二衬底，第二衬底的材料与第一衬底相同。2.根据权利要求1所述的多波长混合集成光发射阵列，其特征在于，所述III-V族半导体材料包括磷化铟。3.根据权利要求1所述的多波长混合集成光发射阵列，其特征在于，每个光处理单元还包括：一对平行光波导，与所述分束光波导相连，用于改变所述分束激光的相位；三个行波电极，用于为所述平行光波导提供调制电压；一合束光波导，与所述平行光波导相连，用于将相位调制后的分束激光进行合束，形成合束激光。4.根据权利要求3所述的多波长混合集成光发射阵列，其特征在于，还包括：阵列波导光栅，用于将多个光处理单元发射的多束合束激光，复合成一束多波长激光。5.根据权利要求3所述的多波长混合集...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝宁华，黄庆超，陈伟，刘建国，
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