[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

说明书

本发明涉及光电子器件设计技术领域，尤其涉及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，其不同之处在于：所述装置包括基底，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。本发明可实现低损耗环路振荡，且功率可调。

技术领域

本发明涉及光电子器件设计技术领域，尤其涉及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。

背景技术

目前，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，光电子集成将成为工业界极为重视的关键技术；

光电子集成目前主要集中在四种体系下，分别为：III-V族体系、铌酸锂体系、二氧化硅体系及硅基体系，各有优缺点；前三者发展较早，应用较多，但不能与CMOS大规模集成标准工艺兼容，使之与微电子集成受限，硅基集成可与CMOS工艺兼容，但目前硅基激光器还没有更好的方法来解决；通常光源采取的手段是通过III-V族实现发光，再通过消逝场或者模斑匹配耦合到硅基波导中；

III-V材料由于绝大部分为直接带隙材料，具有高的辐射跃迁速率，非常适合做发光材料，尤其是量子阱和量子点结构，可实现人工剪裁半导体材料，大幅度提高器件性能；通常的激光器结构包括：FP直腔结构，分布反馈（DFB）结构、分布反射（DBR）结构、环形腔结构及各种微腔结构；这些结构既可作独立器件使用，也可作片上集成光源使用，尤其是环形腔和微腔比较普遍；但这些结构自身特点，限制了其体积和功率，比如环形腔，由于弯曲半径的限制，使之在小半径下损耗很大，无法激射；微腔利用回音壁模式工作，功率很小，难于探测；

鉴于此，为克服上述技术缺陷，提供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成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供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，可实现低损耗环路振荡，且功率可调。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为：一种基于直波导全反射耦合连接的微结构片上光源装置，其不同之处在于：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。

按以上方案，所述全反射镜面与直波导腔体分段的角度为135度。

按以上方案，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。

按以上方案，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。

按以上方案，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。

按以上方案，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。