[发明专利]同质集成红外光子芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种同质集成红外光子芯片，其特征在于，包括衬底层以及均位于所述衬底层表面的器件结构和波导结构；

所述器件结构包括沿垂直于所述衬底层的方向依次叠置的下接触层、量子阱层和上接触层，且所述衬底层、所述下接触层、所述量子阱层与所述上接触层的材料均为Ⅲ-Ⅴ族材料；

所述波导结构包括采用Ⅲ-Ⅴ族材料制造而成的波导层，所述波导层与所述下接触层同层设置，实现了红外波段的非可见光在片内的传输；

所述衬底层为InP衬底层，所述下接触层与所述波导层均为n-InP层，且所述波导层与所述下接触层之间具有沿垂直于所述衬底层的方向贯穿所述n-InP层的开口。

2.根据权利要求1所述的同质集成红外光子芯片，其特征在于，还包括位于所述衬底层表面、且采用Ⅲ-Ⅴ族材料制造而成的缓冲层，所述下接触层与所述波导层均位于所述缓冲层表面。

3.根据权利要求1所述的同质集成红外光子芯片，其特征在于，所述下接触层呈台阶状，台阶状的所述下接触层包括下台面以及凸设于所述下台面表面的上台面；所述量子阱层与所述上接触层依次叠置于所述上台面；所述波导层与所述下接触层的材料相同。

4.根据权利要求3所述的同质集成红外光子芯片，其特征在于，所述上接触层为p-InGaAs层；

所述器件结构包括在所述上台面表面沿所述衬底层指向所述器件结构的方向依次叠置的量子阱层、p-InP间隔层、刻蚀阻断层、p-InP覆盖层、p-PQ间隙缓冲层、p-InGaAs层。

5.根据权利要求1所述的同质集成红外光子芯片，其特征在于，所述衬底层表面具有两个所述器件结构以及位于两个所述器件结构之间的波导隔离槽；所述波导结构位于所述波导隔离槽的底部，用于在两个所述器件结构之间传输光信号。

6.一种同质集成红外光子芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供一采用Ⅲ-Ⅴ族材料制造而成的衬底层；

形成器件结构与波导结构于所述衬底层表面，所述器件结构包括沿垂直于所述衬底层的方向依次叠置的下接触层、量子阱层和上接触层，且所述下接触层、所述量子阱层与所述上接触层的材料均为Ⅲ-Ⅴ族材料；所述波导结构包括采用Ⅲ-Ⅴ族材料制造而成的波导层，所述波导层与所述下接触层同层设置，实现了红外波段的非可见光在片内的传输；所述衬底层为InP衬底层，所述下接触层与所述波导层均为n-InP层，且所述波导层与所述下接触层之间具有沿垂直于所述衬底层的方向贯穿所述n-InP层的开口。

7.根据权利要求6所述的同质集成红外光子芯片的制备方法，其特征在于，形成器件结构与波导结构于所述衬底层表面之前还包括如下步骤：

沉积第一Ⅲ-Ⅴ族材料于所述衬底层表面，形成缓冲层。

8.根据权利要求7所述的同质集成红外光子芯片的制备方法，其特征在于，形成器件结构与波导结构于所述衬底层表面的具体步骤包括：

依次沉积第二Ⅲ-Ⅴ族材料、量子阱材料、第三Ⅲ-Ⅴ族材料于所述缓冲层表面，形成堆叠结构；

刻蚀所述堆叠结构，形成所述器件结构和所述波导结构，所述器件结构包括由部分所述第二Ⅲ-Ⅴ族材料构成的所述下接触层、由所述量子阱材料构成的量子阱层以及由所述第三Ⅲ-Ⅴ族材料构成的上接触层，所述波导结构包括由部分所述第二Ⅲ-Ⅴ族材料构成的所述波导层。

9.根据权利要求8所述的同质集成红外光子芯片的制备方法，其特征在于，刻蚀所述堆叠结构的具体步骤包括：

于所述堆叠结构中定义器件区域和波导区域；

刻蚀所述堆叠结构，形成台阶状的第二Ⅲ-Ⅴ族材料层；所述第二Ⅲ-Ⅴ族材料层包括下台面以及凸设于所述下台面的上台面，所述量子阱层与所述上接触层依次叠置于所述上台面，所述上台面与位于所述器件区域的下台面构成所述下接触层，所述下台面延伸至所述波导区域形成所述波导层。

10.根据权利要求6所述的同质集成红外光子芯片的制备方法，其特征在于，所述衬底层表面具有两个所述器件结构以及位于两个所述器件结构之间的波导隔离槽；所述波导结构位于所述波导隔离槽的底部，用于在两个所述器件结构之间传输光信号。