[發(fā)明專(zhuān)利]光模塊

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611072875.8
• 申請(qǐng)日: 2016-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106785907A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李洵;林澤錕;張華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 青島海信寬帶多媒體技術(shù)有限公司;華中科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01S5/183
• 分類(lèi)號(hào): H01S5/183;H01S5/20;H01S3/1055
• 代理公司: 北京律智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11438
• 代理人: 邢雪紅,喬彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光模塊，尤其涉及一種III-V族與硅基集成的光模塊。

背景技術(shù)

基于硅基波導(dǎo)在通信波段透明和具有高折射率差等特性，混合硅基集成平臺(tái)已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模光子集成的重要途徑，從而硅基光源成為人們研究的熱點(diǎn)。但是，由于硅是間接帶隙半導(dǎo)體，發(fā)光的效率極低，從而用硅作為發(fā)光材料制造激光器是很困難的。為此，人們主要提出了三種方案，同質(zhì)集成、異質(zhì)外延和III-V/Si混合集成的方案。

同質(zhì)集成主要是在硅材料上制作納米結(jié)構(gòu)、摻入稀土離子和利用受激拉曼效應(yīng)三種。大多面臨著發(fā)光效率偏低、需要光泵浦等問(wèn)題。

異質(zhì)外延是在硅襯底上面通過(guò)一系列技術(shù)生長(zhǎng)出來(lái)晶體質(zhì)量較好的半導(dǎo)體材料，包括直接帶隙的III-V和間接帶隙的鍺。III-V族異質(zhì)外延近些年來(lái)在1.3um硅基量子點(diǎn)激光器上得到了較大成功，但也存在著動(dòng)態(tài)特性不高、沒(méi)有Si波導(dǎo)耦合機(jī)制的問(wèn)題。2012年，美國(guó)麻省理工的研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了Ge/Si激光器的點(diǎn)注入室溫激射，但是在實(shí)用化方面存在無(wú)法室溫連續(xù)激射、閾值過(guò)大和可靠性不足的問(wèn)題。

III-V/Si光模塊相比之下更為成熟，根據(jù)III-V族芯片和硅芯片耦合方式的不同，分為垂直耦合光模塊和水平耦合光模塊。其中，垂直耦合光模塊是將VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)輸出的光用二階光柵耦合到硅基波導(dǎo)中。但是對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)的VCSEL(垂直腔表面發(fā)射激光器)來(lái)說(shuō)，由于InP和InGaAsP折射率差低，為了達(dá)到足夠的反射率需要很厚的InP/InGaAsP的DBR，一方面對(duì)于生長(zhǎng)工藝要求很高，另一方面會(huì)帶來(lái)電阻較高散熱較差的問(wèn)題，從而輸出功率不高。水平耦合光模塊是將輸出光通過(guò)與硅基波導(dǎo)近距離對(duì)接的方式耦合到硅芯片中，可以有較大的輸出功率，但是光源和硅基波導(dǎo)耦合損耗較大，并且對(duì)于對(duì)準(zhǔn)工藝要求很高。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種能夠降低光源和硅基波導(dǎo)間的耦合損耗同時(shí)提高激光束輸出功率的光模塊。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本公開(kāi)的一方面提供一種光模塊，包括：

激光器，包括諧振腔，所述諧振腔的一側(cè)具有傾斜端面，用于反射所述諧振腔沿水平方向的第一光路發(fā)出的激光束，使所述激光束沿垂直方向的第二光路輸出；以及

硅基波導(dǎo)，所述硅基波導(dǎo)的上表面設(shè)置有第一光柵，用于反射由所述第二光路輸出的所述激光束；

其中，所述激光器設(shè)置在所述硅基波導(dǎo)的上表面，將所述第二光路輸出的所述激光束耦合至所述第一光柵，并通過(guò)所述第一光柵將所述第二光路輸出的所述激光束沿水平方向的光路輸出。

本發(fā)明的光模塊通過(guò)水平諧振腔的傾斜端面，將激光束垂直耦合至硅基底上的光柵，從而降低光源和硅基波導(dǎo)間的耦合損耗同時(shí)提高激光束輸出功率。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本公開(kāi)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參照附圖詳細(xì)描述其示例實(shí)施例，本公開(kāi)的上述和其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更加顯而易見(jiàn)。

圖1示意性示出根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的光模塊的側(cè)視示意圖；

圖2示意性示出根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的光模塊的橫截面示意圖；

圖3示意性示出根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的光模塊的俯視示意圖；

圖4A-4D為對(duì)本公開(kāi)實(shí)施例的光模塊進(jìn)行2D FDTD的仿真結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述示例實(shí)施方式。然而，示例實(shí)施方式能夠以多種形式實(shí)施，且不應(yīng)被理解為限于在此闡述的范例；相反，提供這些實(shí)施方式使得本公開(kāi)將更加全面和完整，并將示例實(shí)施方式的構(gòu)思全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。附圖僅為本公開(kāi)的示意性圖解，并非一定是按比例繪制。圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同或類(lèi)似的部分，因而將省略對(duì)它們的重復(fù)描述。

應(yīng)理解，雖然本文中可能使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等來(lái)描述各種元件，但此等元件不應(yīng)受此等術(shù)語(yǔ)限制。此等術(shù)語(yǔ)乃用以區(qū)分一元件與另一元件。

圖1示意性示出根據(jù)本公開(kāi)一實(shí)施例的光模塊的側(cè)視示意圖。如圖1所示，光模塊包括諧振腔1和硅基波導(dǎo)2。

諧振腔1為水平諧振腔，其自上而下依次包括緩沖層12、量子阱有源區(qū)13、光柵層14和上包層15。諧振腔1的上表面設(shè)置有電極4，諧振腔1的一側(cè)為平整端面，另一側(cè)為刻蝕形成的傾斜端面10，諧振腔1沿水平方向的第一光路發(fā)出激光束，經(jīng)傾斜端面10反射后，使激光束沿垂直方向的第二光路輸出。