[发明专利]基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置

说明书

技术领域

本发明涉及光子光电子器件设计技术领域，尤其涉及一种基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置。

背景技术

硅基半导体是现代微电子产业的基石，但其发展已接近物理极限，尤其在互连方面。而光电子技术则正处在高速发展阶段，现在的半导体发光器件多利用化合物材料制备，与硅微电子工艺不兼容，因此，将光子技术和微电子技术集合起来，发展硅基光电子科学和技术意义重大。

磷化铟和硅的混合集成激光是一种目前被认为最有应用前景的适于高密度集成的技术。通常采取带有波导结构的SOI(Silicon on insulator)材料与III-V外延材料通过有机材料粘合，去掉InP衬底，然后再进行激光器的加工，光波是通过倏逝场耦合进入下层的SOI结构的，采用电注入在III-V材料层完成泵浦和光增益。近几年有人提出基于此混合结构的布拉格分布反馈(DFB)，分布反射(DBR)，分段光栅等激光器，实现了单波长激射，使之适于密集波分复用系统的传输应用；根特大学的研究人员实现了4波长微碟紧凑型激光器。这些激光器还没有商用，主要是因为工艺上还是比较复杂，成本也很高。要实现高速光互连，单纵模激光器是核心器件之一。

对于通过晶片键合形成的面上光源有几个问题。一是大多数CMOS工厂不允许加工III-V族材料，怕引入污染。二是把材料键合上去再做激光器，成品率是比较低的。三是III-V族晶片直径比较小而硅基材料直径比较大，进行晶片键合再做工艺，浪费严重。

比较可行的方法是先将III-V族激光器管芯或阵列通过常规半导体工艺做出来，筛选好，然后通过各种耦合方法集成上去。但要获得高耦合效率非常困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置，其包括硅基波导和激光器，所述硅基波导具有硅基光栅和硅基输出波导，所述硅基输出波导为耦合波导结构；所述激光器的表面上分布有周期狭槽，该周期狭槽使得激光器发出的激光光束倾斜输出，并照射到所述硅基光栅后，从硅基输出波导耦合输出。

本发明还提供了一种基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置的制作方法，其包括：

步骤1、定制激光器外延片和硅基波导晶片；

步骤2、在所述激光器外延片的上表面刻蚀周期狭槽；

步骤3、并在刻蚀了所述周期狭槽的激光器外延片上表面制作P电极，在其下表面制作N电极，以完成激光器的制作；

步骤4、在硅基波导晶片上制作硅基光栅，并在所述硅基光栅末端制作耦合波导；

步骤5、光束对准耦合，使得经过所述周期狭槽倾斜发射的激光光束对准耦合至所述硅基光栅；

步骤6、将所述激光器外延片和所述硅基波导晶片通过键合粘合在一起，完成所述基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置的制作。

本发明提供的这种基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置，其中激光器可通过微米级工艺就可实现单模激射，成本低，发散角小(只有1-2度，接近平行光束)，光束方向与发射面可成60度以上发射角，易于与硅基耦合光栅部分形成高效输出。

本发明提供的这种基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置，可事先选择好合适的激光器管芯，然后再键合到硅基上，有利于光子芯片提高成品率，而采用倒装焊技术可实现大规模生产，输出更高功率。

附图说明

图1是本发明中基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置结构图；

图2是本发明中基于倾斜光束边发射激光器的硅波导输出面上光源装置的制作方法流程图；

图3是本发明中发射倾斜光束的激光器光场分布图；

图4是本发明中发射倾斜光束的激光器的发射角度和光强关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。