[發(fā)明專利]一種電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010600408.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN111934196B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興軍;周佩奇;王博;何燕冬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/125
• 分類號(hào): H01S5/125;H01S5/04;H01S5/30
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 郭亮

1.一種電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器，其特征在于，包括：在光路上依次設(shè)置的硅襯底、DBR底部反光鏡、光波導(dǎo)、增益介質(zhì)層、DBR頂部反光鏡、鍵合層以及Ⅲ-Ⅴ族泵浦層，其中：

所述Ⅲ-Ⅴ族泵浦層用于通過電致發(fā)光產(chǎn)生泵浦光，在信號(hào)光傳輸?shù)南嘟环较蛏祥g接電驅(qū)動(dòng)所述增益介質(zhì)層產(chǎn)生放大，Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源通過外延生長(zhǎng)或者貼片鍵合的方式集成到所述鍵合層上；

所述DBR底部反光鏡與所述DBR頂部反光鏡構(gòu)成DBR諧振腔，所述DBR諧振腔用于提高所述增益介質(zhì)層中的泵浦功率；

所述光波導(dǎo)與所述增益介質(zhì)層形成混合波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

所述增益介質(zhì)層為摻鉺材料和氮化硅的混合材料，所述摻鉺材料與所述氮化硅為交替沉積方式布置，使得所述泵浦光在沉積摻鉺材料位置的光場(chǎng)功率高于所述泵浦光在沉積氮化硅位置的光場(chǎng)功率。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器，其特征在于，所述增益介質(zhì)層位于所述DBR諧振腔的垂直方向上，以使得所述泵浦光能夠在所述增益介質(zhì)層中產(chǎn)生諧振。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器，其特征在于，所述DBR諧振腔的材料為二氧化硅和氮化硅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器，其特征在于，所述光波導(dǎo)為片上SOI波導(dǎo)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器，其特征在于，所述Ⅲ-Ⅴ族泵浦層為Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源組成的Ⅲ-Ⅴ族LED有源層。

6.一種電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器的制備方法，其特征在于，包括：

在硅襯底上交替沉積二氧化硅、氮化硅，從而形成DBR結(jié)構(gòu)；

根據(jù)預(yù)設(shè)厚度的二氧化硅、氮化硅，交替沉積預(yù)設(shè)次數(shù)形成DBR下方光柵；

在所述DBR下方光柵上沉積硅，通過光刻方法，涂膠、曝光、顯影、刻蝕，形成硅波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；

在所述DBR下方光柵上除去所述硅波導(dǎo)以外的其它地方沉積摻鉺材料和氮化硅的混合材料，形成增益介質(zhì)層；

在所述增益介質(zhì)層上沉積二氧化硅、氮化硅，形成DBR上方光柵，交替沉積兩次；

在所述DBR上方光柵上沉積鍵合層；

將Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源通過外延生長(zhǎng)或貼片鍵合的方式集成到所述鍵合層上。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器的制備方法，其特征在于，所述將Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源通過外延生長(zhǎng)或貼片鍵合的方式集成到所述鍵合層上，具體包括：

在所述Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源上采用PECVD沉積二氧化硅或氮化硅薄膜作為鍵合介質(zhì)層；

對(duì)所述鍵合介質(zhì)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，使所述鍵合介質(zhì)的表面粗糙度達(dá)到鍵合要求；

熱退火降低所述鍵合介質(zhì)中的氫和水含量，并用RIE進(jìn)行表面激活；

將Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源通過外延生長(zhǎng)或貼片鍵合的方式集成到所述鍵合層上。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電驅(qū)動(dòng)的片上集成摻鉺波導(dǎo)放大器的制備方法，其特征在于，所述鉺材料的厚度為泵浦光半波長(zhǎng)的整數(shù)倍，所述泵浦光由所述Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體光源通過電致發(fā)光產(chǎn)生。