[发明专利]同质集成红外光子芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及信息材料与器件技术领域，尤其涉及一种同质集成红外光子芯片及其制备方法。所述同质集成红外光子芯片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。本发明实现了红外波段的非可见光在片内的传输，降低了红外光通信器件的制造难度及制造成本。

技术领域

本发明涉及信息材料与器件技术领域，尤其涉及一种同质集成红外光子芯片及其制备方法。

背景技术

红外发光二极管是一种能发出红外线的二极管，应用于安全监控、穿戴式装置、红外线通信、红外线遥控装置、传感器用光源及夜间照明等领域，特别是气体检测领域。然而，目前市场上仅有独立的红外发光二极管或红外接收二极管。因此，在制造红外光通信器件时，需要在不同材料上分别制造二极管器件和波导器件，即现有技术中的红外光通信器件均为异质集成器件，极大的增加了红外光通信器件的制造难度以及制造成本。

因此，如何降低红外光通信器件的制造难度以及制造成本，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种同质集成红外光子芯片及其制备方法，用于解决现有的红外光通信器件制造难度大、制造成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种同质集成红外光子芯片，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。

优选的，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。

优选的，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。

优选的，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，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。

优选的，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。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种同质集成红外光子芯片的制备方法，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。

优选的，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。

优选的，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：