[发明专利]一种基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置及其制作方法

权利要求书

1.一种基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：其包括：

基底，用于承载功能器件及电流注入，所述基底包括由下至上依次设置的下金属层、衬底材料层、绝缘层、上金属层；

直波导互连腔，用于形成激光振荡，所述直波导互连腔设于衬底材料层上，其包括四个直角互连的长条形直波导腔体分段，相邻两个直波导腔体分段接合处外侧面设有全反射镜面，其中一个直波导腔体分段上排布有周期微结构；

输出波导段，所述输出波导段设于衬底材料层上且其一端连接于其中一个直波导腔体分段的端部。

2.根据权利要求1所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述全反射镜面与直波导腔体分段的角度为135度。

3.根据权利要求1所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述直波导互连腔包括由下至上依次设置的下盖层、有源层、上盖层、上接触层，其中，所述下盖层设于衬底材料层上端面。

4.根据权利要求3所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述直波导互连腔的外表面除上端面外均由内至外覆盖有绝缘层和上金属层；直波导互连腔的上接触层覆盖有上金属层用于电流注入。

5.根据权利要求4所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述直波导腔体分段的长度可改变用于调整输出功率，所述下盖层及有源层的组分和厚度控制出光到输出波导段的比例；所述周期微结构在直波导腔体分段上的排布可改变用于调控纵模波长。

6.根据权利要求1所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述输出波导段包括设于衬底材料层上的波导芯区和覆盖于波导芯区外表面的绝缘层。

7.根据权利要求6所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述波导芯区的折射率高于衬底材料层的折射率。

8.根据权利要求3所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述下金属层为金锗镍/金或钛金材料；衬底材料层为GaAs或InP材料；绝缘层为二氧化硅或氮化硅材料；上金属层为金锗镍/金或钛金材料；所述下盖层为InAlGaAs、InGaAsP或InGaP材料；有源层为InGaAs/AlGaAs、InAlGaAs/InGaAsP量子阱或量子点材料；上盖层为InP或GaAs材料；上接触层重掺杂InGaAs或GaAs材料。

9.根据权利要求6所述的基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其特征在于：所述波导芯区为InAlGaAs、InGaAsP或InGaP材料。

10.一种基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置的制作方法，其特征在于：其步骤为：

步骤1）、定制激光器外延片，外延片是指在所述衬底材料层之上，通过MOCVD或者MBE生长手段，依次向上生长形成的所述下盖层、有源层、上盖层和上接触层；

步骤2）、在激光器外延片的上表面通过干法刻蚀直波导互连腔、周期微结构及输出波导段；

步骤3）、对干法刻蚀过的外延片进行光刻胶保护，只露出四个135度的接合处，通过湿法选择性腐蚀形成光滑的全反射镜面；

步骤4）、全结构覆盖二氧化硅或者氮化硅；

步骤5）、去掉覆盖在直波导互连腔顶端的二氧化硅或者氮化硅，露出上接触层，制作电极窗口；

步骤6）、在直波导互连腔顶端覆盖金属形成上金属层；

步骤7）、减薄衬底材料层，并在衬底材料层底部生长金属制作下金属层；

步骤8）、上述步骤形成晶片，在氮气保护下施加高温并进行合金；然后将晶片分割成管芯，即进行解理；测试每颗管芯性能。