[发明专利]一种聚合物辅助键合的混合型激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，该方法包括：

制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构；

制作III-V族激光器，并对III-V族激光器的衬底进行减薄；

对硅基波导微腔结构上的聚合物进行聚合物软化，增加聚合物的粘度，并将III-V族激光器置于带有透明导电介质的硅基波导微腔结构之上，使二者对准键合；

其中，所述透明导电介质为ITO，所述聚合物采用PVA材料；

所述制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构，具体包括：

步骤101：对SOI片进行处理，使用硫酸双氧水进行清洗，清洗后的硅波导进行光刻，采用离子刻ICP进行刻蚀，形成带有阻挡结构的硅波导组合；

步骤102：刻蚀生成硅波导后对晶片进行清洗，并进行台阶测试，测试后制作透明导电介质，作为和III-V族激光器进行接触的导电介质；

步骤103：旋涂聚合物PVA在硅波导晶片全平面，在均匀旋涂的表面再次旋涂光刻胶进行曝光，光刻胶保护住器件之间的PVA，暴露出硅波导组合区域，经过显影后进行腐蚀处理；

步骤104：将晶片浸泡在水中，利用PVA溶于水，可以被水腐蚀的性质，对被光刻胶选区的晶片进行腐蚀；被光刻胶保护的区域没有接触水溶液，只会发生侧蚀，而没有光刻胶保护的区域直接接触水溶液，在浸泡过程中被水溶液腐蚀去掉，依照曝光形成的图形形成选区覆盖；

步骤105：形成选区后浸泡丙酮去除光刻胶，进行键合前的准备；聚合物PVA不溶于丙酮，而曝光所选择的光刻胶则很容易被丙酮去除；去除光刻胶后，聚合物PVA选区覆盖在没有波导区域，形成带有透明导电介质ITO的硅基波导微腔结构。

2.根据权利要求1所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述步骤102中所述制作透明导电介质，采用MOCVD或磁控溅射方法。

3.根据权利要求1所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构，采用SOI材料，且SOI材料厚度在200nm-2um范围。

4.根据权利要求3所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，该方法采用微环结构、微盘结构或光子晶体来代替所述硅基波导微腔结构。

5.根据权利要求1所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述制作III-V族激光器，采用N型衬底或P型衬底的III-V族半导体有源材料，该N型衬底或P型衬底的III-V族半导体有源材料为InP基量子阱或量子点材料，或为GaAs基量子阱或量子点材料。

6.根据权利要求1所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述制作III-V族激光器，是制作条形的III-V族激光器，其中条形III-V族激光器制作是采用曝光后进行湿法腐蚀或ICP刻蚀方法。

7.根据权利要求6所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述条形III-V族激光器的波导宽度在500nm-100um之间，高度在200nm-3um之间。

8.根据权利要求1所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述将III-V族激光器置于带有透明导电介质的硅基波导微腔结构之上，使二者对准键合，具体包括：

先在常温下施压，增加键合强度，再升温加热固化聚合物，完成键合。

9.根据权利要求1所述的聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，其特征在于，所述PVA材料的厚度在10-500um范围。

10.一种聚合物辅助键合的混合型激光器，基于权利要求1至9中任一项所述的方法制备而成，该混合型激光器包括：

带有透明导电介质ITO的硅基波导微腔结构；以及

带有自然解理形成法布里-波罗腔的III-V族激光器；

其中，III-V族激光器位于硅基波导微腔结构之上，二者通过PVA辅助键合材料键合在一起，III-V族激光器的n型衬底接触硅基波导微腔结构上的ITO透明导电层，通过在金属电极和ITO上施加电压使得III-V族激光器实现电学泵浦。