半导体微腔激光器阵列制造技术

本公开提供的半导体微腔激光器阵列包括控制端，由正方形微腔集成，用于产生光信号；处理端，由正方形微腔集成，用于补偿光信号的损耗；波导，用于将控制端和处理端直接连接构成阵列，实现光信号的传输；电隔离槽，设于控制端和处理端之间；输出波导，用于实现光信号的输出。该半导体微腔激光器阵列生长于边发射AlGaInAs/InP外延片上，外延片由InP衬底、生长缓冲层、上下限制层、上下波导层、有源层、过渡层、欧姆接触层、顶层保护层构成。该半导体微腔激光器阵列不用进行二次外延和复杂的集成方式，制作工艺简单成本低，具有高度的可重构性和可扩展性，通过级联基本元素结构进一步扩展，实现超面积集成并执行复杂的计算任务。实现超面积集成并执行复杂的计算任务。实现超面积集成并执行复杂的计算任务。

【技术实现步骤摘要】
半导体微腔激光器阵列


[0001]本公开涉及光计算和半导体激光器领域，更具体地，涉及一种半导体微腔激光器阵列。

技术介绍

[0002]信息技术的快速发展推动了对超快和超低能耗计算日益增长的需求。目前，用光子取代电子成为信息传输和处理的载体，具有高速率、低能耗和大容量等优点，而基于冯
·
诺依曼架构的传统光子计算网络的整体尺寸很大，且传输损耗较大，限制了低能耗传输。并且，受摩尔定律的限制，现有的电子计算已经难以满足日益增长的数据信息处理要求。
[0003]逻辑操作是所有计算的核心，因此，实现光学逻辑门运算对于光计算领域具有重要的作用。目前所报道的光学逻辑门在很大程度上依赖于对输入光信号的精确控制，包括相位差、偏振和强度的大小。然而，由于这些精确控制的复杂性和困难性，两个输出光学逻辑状态可能存在固有的不稳定性和低强度对比度。如果进一步考虑这些控制所需要的笨重的设备和复杂的系统，那么光学逻辑门的小型化将变得更加困难。
[0004]目前，半导体激光器在光互连和片上集成光子应用等领域具有广泛的应用。集成的半导体激光器多为将一组半导体激光器阵列通过多模干涉耦合器合束后进行信号传输与处理，需要基于光栅进行选模，如分布式反馈DFB激光器阵列和分布式布拉格反射DBR激光器。但是，这些方案制备工艺较为复杂，包括在光栅上重新生长额外的材料，以及使用高分辨率光刻来确保低阶光栅。因此，采用这样的制备工艺所制备而成的集成激光器，产量低并且成本相对较高。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本公开提供一种半导体微腔激光器阵列，以解决上述问题。
[0006]本公开提供了一种半导体微腔激光器阵列，包括：控制端，由正方形微腔集成，用于产生光信号；处理端，由正方形微腔集成，用于补偿光信号的损耗；波导，用于将控制端和处理端直接连接构成阵列，实现光信号的传输；电隔离沟槽，设于控制端和处理端之间；输出波导，用于实现光信号的输出。该半导体微腔激光器阵列生长于结构由InP衬底、生长缓冲层、上下限制层、上下波导层、有源层、过渡层、欧姆接触层、顶层保护层构成的AlGaInAs/InP外延片。
[0007]根据本公开的实施例，正方形微腔的模式场分布具有对称性和反对称性两种，通过引入两根具有对称性的波导，用于实现同相光信号和反相光信号的输出。
[0008]根据本公开的实施例，正方形微腔均为有源腔体且均被电极覆盖。
[0009]根据本公开的实施例，控制端根据对称模和反对称模的场分布设计，激发对称模电极和反对称模电极，用于产生特定模式的光信号。
[0010]根据本公开的实施例，正方形微腔可进行无限个单元数量集成，用于执行复杂的计算任务。
[0011]根据本公开的实施例，电隔离沟槽通过刻蚀欧姆接触层形成，用于对控制端和处理端能够分别加偏置电流进行控制，实现控制端和处理端之间的电隔离。
[0012]根据本公开的实施例，输出波导包括第一端面和第二端面，第一端面与处理端连接，第二端面为解理面，即输出端，用于实现光信号的输出。
[0013]根据本公开的实施例，衬底的材料为InP。
[0014]根据本公开的实施例，有源层为AlGalnAs多量子阱结构。
[0015]根据本公开的实施例，波导为条状结构。
[0016]在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
[0017](1)本公开提出的半导体微腔激光器阵列，进行全光计算时能够进行并行运算和两重处理，具有高度的可重构性和可扩展性，并且，可以通过级联基本元素结构进一步扩展，实现超面积集成并执行更复杂的计算任务。
[0018](2)本公开提出的半导体微腔激光器阵列，集成方式简单，制作工艺简便，成本低、成品率和可靠性高。基于同一外延片和结构简单的集成单元，大大降低了集成难度，节省了占地空间和制作成本，便于实现微型化、集成化。
[0019](3)本公开提出的半导体微腔激光器阵列，以正方形微腔为集成单元，由控制端、处理端和输出端构成，控制端和处理端由波导直接连接，不需要通过额外的技术来实现激光器的直接集成，制备工艺简单，方便操作，并且成本较低。
[0020](4)本公开提出的半导体微腔激光器阵列，其控制端和处理端分别能够实现低阈值电流密度激射，有利于在阈值附近实现低损耗全光计算。
附图说明
[0021]通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0022]图1示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列的立体结构示意图；
[0023]图2示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列的平面结构示意图；
[0024]图3示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列的正方形微腔的立体结构示意图；
[0025]图4a示意性示出了利用有限元法仿真的边长为15微米的正方形微腔的模式的品质因子随1520
‑
1560nm波长的变化图；
[0026]图4b示意性示出了利用有限元法仿真的边长为15微米的正方形微腔的模式的品质因子随1545
‑
1560nm波长的变化图；
[0027]图5示意性示出了利用有限元法仿真的边长为15微米的正方形微腔的对称模(SM)和反对称模(ASM)的模场分布图；
[0028]图6示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列的原理示意图；
[0029]图7示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列的进行全光运算的具体运行过程；
[0030]图8示意性示出了根据本公开实施例提供的P面电极层的示意图；
[0031]图9示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列在电感耦合等离子(ICP)刻蚀后的扫描电子显微镜图片；
[0032]图10a示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列在TEC温度为293K且阈值电流为16mA时的功率
‑
电流曲线图；
[0033]图10b示意性示出了根据本公开实施例提供的半导体微腔激光器阵列在TEC温度为293K且阈值电流为19mA时的功率
‑
电流曲线图。
[0034]附图标记说明：
[0035]1‑
正方形微腔；2
‑
控制端；3
‑
处理端；4
‑
波导；5
‑
电隔离沟槽；6
‑
反对称模电极；7
‑
对称模电极；8
‑
P面电极层；9
‑
输出端。
具体实施方式
[0036]为使本公开的目的、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，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体微腔激光器阵列，其特征在于，包括：正方形微腔(1)，生长于边发射A1GaInAs/InP外延片上，该外延片从下到上依次为InP衬底、N型缓冲层、N型波导层、有源层、P型波导层、过渡层、欧姆接触层、InP保护层；控制端(2)，由正方形微腔(1)集成，用于产生光信号；处理端(3)，由正方形微腔(1)集成，用于补偿光信号的损耗；波导(4)，用于将所述控制端(2)和所述处理端(3)直接连接构成阵列，实现光信号的传输；电隔离沟槽(5)，设于所述控制端(2)和所述处理端(3)之间；输出波导，用于实现光信号的输出。2.根据权利要求1所述的半导体微腔激光器阵列，其特征在于，所述正方形微腔(1)的模式场分布具有对称性和反对称性两种，通过引入两根具有对称性的所述波导(4)，用于实现同相光信号和反相光信号的输出。3.根据权利要求2所述的半导体微腔激光器阵列，其特征在于，所述正方形微腔(1)均为有源腔体且均被电极覆盖。4.根据权利要求3所述的半导体微腔激光器阵列，其特征在于，所述控制端(2)根据对称模和反对...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨珂，黄永箴，王玮，杨跃德，肖金龙，
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：