[发明专利]高耦合效率电注入集成硅基激光器

权利要求书

1.高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，为叠层结构，包括：

硅衬底，上表面设有常规部和经过刻蚀的刻蚀部；

设置在所述硅衬底的常规部上的绝缘层；

设置在所述硅衬底的刻蚀部上的大模斑半导体有源芯片；

设置在所述绝缘层上表面的顶层硅，所述顶层硅包含模斑变换器、定向耦合器、微环谐振器和反射镜；

设置在所述顶层硅上表面靠近所述大模斑半导体有源芯片的一侧的低折射率层；

其中，所述大模斑半导体有源芯片为叠层结构，倒置在所述硅衬底的上表面，包括：

N型电极；

N型衬底，设置在所述N型电极的上表面；

N型限制层，设置在所述N型衬底的上表面；

N型波导，设置在所述N型限制层的上表面；

有源层，设置在所述N型波导的上表面；

P型限制层，设置在所述有源层的上表面；

P型盖层，设置在所述P型限制层的上表面，所述P型限制层和P型盖层整体刻蚀形成一凸起的波导结构和两凸起的台面部，其中，所述波导结构由凸起的脊型部和凸起的输出波导对接而成，所述波导结构的两侧各有1个所述台面部，所述模斑变换器的输入端与所述输出波导的输出端对准，所述定向耦合器设置在所述模斑变换器的输出端，所述反射镜与所述定向耦合器之间设有所述微环谐振器；

电绝缘层，设置在所述波导结构与邻近的所述台面部之间以及所述台面部上表面；

P型电极，设置在所述电绝缘层以及所述波导结构的上表面。

2.如权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述低折射率层覆盖在所述模斑变换器的上表面，其折射率在空气折射率和硅材料折射率之间。

3.据权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述输出波导是直波导、倾斜波导或弯折波导，其输出端与所述模斑变换器的输入端对准。

4.如权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述有源层为量子阱、量子线或量子点，采用的材料为Ⅲ-Ⅴ族半导体材料或Ⅱ-Ⅵ族半导体材料，增益谱峰值波长范围覆盖近紫外到红外波段。

5.如权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述N型波导的厚度至少为λ，其中λ为硅基激光器在真空中的激射波长。

6.如权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述电绝缘层的材料为SiO₂、Si₃N₄或Al₂O₃。

7.如权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述模斑变换器是反锥形波导、三叉戟波导或反锥形波导阵列。

8.如权利要求1所述的高耦合效率电注入集成硅基激光器，其特征在于，所述微环谐振器和所述反射镜挑选的腔谐振波长位于所述有源层的增益谱范围内。