【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光电子，特别涉及了一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器及制备方法。
技术介绍
1、随着集成电路技术发展到5nm技术节点以下，硅集成电路技术将会受到物理极限和工艺极限的限制，使其在带宽、速度、功耗、时延、串扰、噪声以及可靠性等方面出现的问题越来越严重，以电子为信息载体的电互连技术将会面临严峻的挑战。为了突破电互连瓶颈，人们将目光转向了光电子领域，以光子作为信息载体的光互连技术得到了快速发展，并将微电子学与光子学相结合，既能充分发挥微电子先进成熟工艺、高密度集成和低成本的优势，又能充分发挥光子极高带宽、超快传输速度和高抗干扰性的优点。硅基光电子集成(opto-electronic integrated circuit，oeic)技术成为了信息技术发展的必然和业界的普遍共识。
2、目前，硅基键合激光器已经得到商用，但该类激光器难以满足大规模集成的需求。利用高深宽比限制(aspect ratio trapping，art)技术在硅上小尺寸选区外延iii-v族的方法，可以在晶圆的任意指定位置上实现小尺寸激光器的制备，极有利于促进硅基oeic芯片的大规模高密度集成。经过国内外各个团队的不断研究和深入分析，基于art技术的硅基iii-v族亚微米线激光器实现了脉冲条件下的室温光泵单纵模激射，但尚未实现电致激光激射，且光到硅波导的耦合方案仍在探索中。只有实现电泵激射和高效光耦合，硅基iii-v族亚微米线激光器才能真正实用化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决
2、一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器，包括设置在同一基板上的n电极区，p电极和反射光栅区以及硅光器件区；
3、所述n电极区远离硅光器件区，所述p电极和反射光栅区在n电极区和硅光器件区中间；
4、所述硅光器件区包括叉形耦合器阵列和合波器，所述叉形耦合器阵列包含多个呈陈列间隔设置的叉形耦合器；
5、所述p电极和反射光栅区包括多条平行设置的iii-v族亚微米线，所述iii-v族亚微米线的数量与叉形耦合器数量相同且位置一一对应设置；iii-v族亚微米线的一端延伸至n电极区，iii-v族亚微米线的另一端延伸至叉形耦合器的两个叉臂之间；iii-v族亚微米线宽度小于1μm，iii-v族亚微米线长度在10μm～500μm之间。
6、进一步的，所述n电极区包括soi衬底的衬底硅层、n型缓冲层、n电极金属和p电极金属，所述n电极金属在soi衬底的衬底硅层和n型缓冲层上，所述p电极金属在n电极金属上；
7、所述p电极和反射光栅区还包括高反射率的dbr光栅、低反射率的dbr光栅、p电极金属、soi衬底的掩埋氧化层、第一二氧化硅层和第二二氧化硅层，所述高反射率的dbr光栅在所述p电极金属左侧，在所述n电极区右侧，所述低反射率的dbr光栅在p电极金属右侧，所述p电极金属在所述iii-v族亚微米线和第一二氧化硅层的上表面，所述iii-v族亚微米线被所述soi衬底的衬底硅层、soi衬底的掩埋氧化层、第一二氧化硅层和第二二氧化硅层包围；所述第二二氧化硅层远离soi衬底的衬底硅层，soi衬底的衬底硅层在最底层，soi衬底的衬底硅层上是soi衬底的掩埋氧化层，soi衬底的掩埋氧化层上是第一二氧化硅层，第一二氧化硅层上是第二二氧化硅层；
8、所述硅光器件区还包括第二二氧化硅层、第一二氧化硅层、soi衬底的掩埋氧化层和soi衬底的衬底硅层，所述第二二氧化硅层远离soi衬底的衬底硅层，第二二氧化硅层下依次为第一二氧化硅层、叉形耦合器阵列和合波器、soi衬底的掩埋氧化层和soi衬底的衬底硅层，所述叉形耦合器阵列和合波器设置在soi衬底的掩埋氧化层和第一二氧化硅层中间；
9、一个所述p电极和反射光栅区中的p电极金属对应一个高反射率的dbr光栅和一个低反射率的dbr光栅，并且位于同一水平线上，每个p电极金属与所述叉形耦合器阵列中的每个叉形耦合器一一对应。
10、进一步的，所述iii-v族亚微米线内自下而上至少包括：n型缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层和p型接触层。
11、进一步的，一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器，制备方法包括：
12、(1)用soi衬底的顶层硅层制备叉形耦合器阵列和合波器；
13、(2)制备第一二氧化硅层；
14、(3)在所述第一二氧化硅层和所述soi衬底的掩埋氧化层中制备矩形沟槽阵列；
15、(4)在所述矩形沟槽底部的所述soi衬底的衬底硅层中腐蚀出v形硅沟槽；
16、(5)在所述v形硅沟槽和所述矩形沟槽内外延生长iii-v族亚微米线；
17、(6)以光刻胶为掩膜，通过湿法腐蚀工艺获得n电极金属待制备区；
18、(7)制备所述n电极金属，带胶剥离n电极金属；
19、(8)制备第二二氧化硅层，在所述iii-v族亚微米线上方开p电极窗口；
20、(9)制备所述p电极金属，光刻获得p电极和n电极；
21、(10)刻蚀出高反射率dbr光栅和低反射率dbr光栅。
22、进一步的，一个所述矩形沟槽对应一个所述叉形耦合器，靠近叉形耦合器端的矩形沟槽伸进了叉形耦合器的两个叉臂之间；所述矩形沟槽与顶层硅无接触，矩形沟槽的深宽比大于1，矩形沟槽的间距小于等于50μm；所述v形硅沟槽由两个si{111}面构成，v形硅沟槽的顶部宽度大于等于矩形沟槽的宽度。
23、进一步的，远离所述叉形耦合器的dbr光栅是所述高反射率dbr光栅，靠近所述叉形耦合器的dbr光栅是所述低反射率dbr光栅；一个所述iii-v族亚微米线上的dbr光栅仅对一个波长的光起作用，不同iii-v族亚微米线上的dbr光栅选择出不同波长的光。
24、进一步的，所述dbr光栅是通过周期性刻蚀第二二氧化硅层、第一二氧化硅层和iii-v族亚微米线而获得，刻蚀深度大于所述iii-v族亚微米线中光场的最低位置处。
25、进一步的，所述多量子阱有源区的高度与所述soi衬底的顶层硅层高度一致。
26、进一步的，所述soi衬底的掩埋氧化层厚度为500nm～2000nm，soi衬底的顶层硅层厚度大于等于220nm。
27、进一步的，所述多波长激光器中各个激光器的n电极相通，呈梳子状分布；所述多波长激光器中各个激光器的p电极相互独立。
28、本专利技术提出的一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器及制备方法，具有以下有益效果：
29、(1)本专利技术中涉及到的单片集成硅基iii-v族多波长激光器，其多量子阱有源区中的光场高度与顶层硅的高度一致，有利于实现iii-v族亚微米线中的光场高效得耦合进硅波导中；而且，本专利技术中的iii-v族亚微米线可以伸进叉形耦合器的两个叉臂之间，有利于提高工艺容差和降低光耦合损耗；
30、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种单片集成硅基III-V族多波长激光器，包括设置在同一SOI基板上的N电极区，P电极和反射光栅区以及硅光器件区；
2.根据权利要求1所述的一种单片集成硅基III-V族多波长激光器，其特征在于，所述N电极区包括SOI衬底的衬底硅层、N型缓冲层、N电极金属和P电极金属，所述N电极金属在SOI衬底的衬底硅层和N型缓冲层上，所述P电极金属在N电极金属上；
3.根据权利要求1所述的一种单片集成硅基III-V族多波长激光器，其特征在于，所述III-V族亚微米线内自下而上至少包括：N型缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层和P型接触层。
4.根据权利要求1所述的一种单片集成硅基III-V族多波长激光器，其特征在于，制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，一个所述矩形沟槽对应一个所述叉形耦合器，靠近叉形耦合器端的矩形沟槽伸进了叉形耦合器的两个叉臂之间；所述矩形沟槽与顶层硅无接触，矩形沟槽的深宽比大于1，矩形沟槽的间距小于等于50μm；所述V形硅沟槽由两个Si{111}面构成，V形硅沟槽的顶部宽度大于等于矩形沟槽的宽度。<...
【技术特征摘要】
1.一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器，包括设置在同一soi基板上的n电极区，p电极和反射光栅区以及硅光器件区；
2.根据权利要求1所述的一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器，其特征在于，所述n电极区包括soi衬底的衬底硅层、n型缓冲层、n电极金属和p电极金属，所述n电极金属在soi衬底的衬底硅层和n型缓冲层上，所述p电极金属在n电极金属上；
3.根据权利要求1所述的一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器，其特征在于，所述iii-v族亚微米线内自下而上至少包括：n型缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层和p型接触层。
4.根据权利要求1所述的一种单片集成硅基iii-v族多波长激光器，其特征在于，制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，一个所述矩形沟槽对应一个所述叉形耦合器，靠近叉形耦合器端的矩形沟槽伸进了叉形耦合器的两个叉臂之间；所述矩形沟槽与顶层硅无接触，矩形沟槽的深宽比大于1，矩形沟槽的间距小于等于50μm；所述v形硅沟槽由两个si{111}面构成，v形硅沟槽的顶部宽度大...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亚节，章磊，邓连生，瞿珊珊，康顺，王硕，刁亚芹，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：发明
国别省市：
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