[发明专利]多层材料相控阵激光雷达发射芯片、制作方法及激光雷达

权利要求书

1.一种多层材料相控阵激光雷达发射芯片，其特征在于，包括：第一材料结构层、SOI硅波导结构层和耦合连接结构，所述第一材料结构层包括：输入耦合器和分束器；

所述输入耦合器与所述分束器进行光路连接；所述分束器通过耦合连接结构与所述SOI硅波导结构层进行光路连接；

所述输入耦合器，用于将输入光耦合到所述芯片上；

所述分束器，用于对耦合到所述芯片上的光波进行分束；

所述耦合连接结构，用于将分束后每束光波耦合到所述SOI硅波导结构层对应的硅波导中；

其中，所述第一材料结构层中的第一材料的非线性系数低于硅的非线性系数，且所述第一材料为与CMOS工艺相兼容的材料。

2.根据权利要求1所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，其特征在于，所述SOI硅波导结构层包括：相位调制器和光学天线；

所述相位调制器与所述光学天线通过硅波导进行连接；

所述相位调制器，用于改变耦合到所述SOI硅波导结构层的各硅波导的光波的相位；

所述光学天线，用于对所述各硅波导中的改变相位的光波发射至空间中。

3.根据权利要求1所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，其特征在于，所述第一材料结构层位于所述SOI硅波导结构层的上方，所述第一材料结构层与所述SOI硅波导结构层之间采用第二材料层隔开；

其中，所述第二材料层的折射率低于所述第一材料结构层和所述SOI硅波导结构层的折射率。

4.根据权利要求1所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，其特征在于，所述耦合连接结构包括：第一材料耦合波导和硅耦合波导；

所述第一材料耦合波导连接在所述分束器的第一材料波导的后端，所述硅耦合波导连接在所述SOI硅波导结构层的硅波导的前端；

所述第一材料耦合波导和所述硅耦合波导分别为楔形结构，所述第一材料耦合波导和所述硅耦合波导的尖端相对，且所述第一材料耦合波导和所述硅耦合波导的投影区域相互交叠。

5.根据权利要求4所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，其特征在于，所述第一材料耦合波导和硅耦合波导的尖端宽度为100～300nm；

第一材料耦合波导的后端宽度与所述分束器的第一材料波导的宽度相同，硅耦合波导的后端宽度与所述SOI硅波导结构层的硅波导的宽度相同；

相互交叠的区域长度为10～100um。

6.根据权利要求1所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片，其特征在于，所述第一材料结构层还包括：第一材料主干波导；

所述输入耦合器通过所述第一材料主干波导与所述分束器进行光路连接。

7.一种相控阵激光雷达，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片。

8.一种制作如权利要求1-6任一项所述的多层材料相控阵激光雷达发射芯片的方法，其特征在于，包括：

在SOI衬底的顶层硅上方的第一区域形成SOI硅波导结构层；

在SOI衬底的顶层硅上方的第二区域形成第一材料结构层，以使第一材料结构层的后端与所述SOI硅波导结构层的前端之间形成耦合连接结构；

其中，所述第一材料结构层包括：输入耦合器和分束器；所述第一材料结构层中的第一材料的非线性系数低于硅的非线性系数，且所述第一材料为与CMOS工艺相兼容的材料。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在SOI衬底的顶层硅上方的第一区域形成SOI硅波导结构层，具体为：

采用电子束曝光或者步近式光刻工艺将第一波导图形转移到SOI衬底的顶层硅上并结合ICP刻蚀工艺在第一区域刻出所述SOI硅波导结构层。