[发明专利]异构单芯片单向注入锁定半导体激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、取一硅晶圆；

S2、在硅晶圆上制备硅直波导和微环，形成硅基微环芯片；并在硅基微环芯片与光放大芯片键合的部位制备锁模结构；

S3、反向生长光放大芯片的外延结构；

S4、将光放大芯片外延结构翻转方向，同硅基微环芯片键合；

S5、通过机械磨抛和湿法腐蚀对光放大芯片进行减薄；

S6、制作光放大芯片的宽脊波导；

S7、在光放大芯片边缘临近硅直波导的位置处制备绝热耦合器；

S8、在光放大芯片上制作共面电极，所述共面电极包括N面电极和P面电极；

S9、在硅基微环芯片的微环上方集成磁光晶体并制作磁光芯片电极，所述磁光晶体采用钇铁石榴石材料制成。

2.根据权利要求1所述的异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述S2步骤包括以下子步骤：

S21、在硅晶圆上利用硅局部氧化工艺对微环区域进行氧化；

S22、在硅晶圆上淀积SiO₂层；

S23、在SiO₂层上淀积SiN层；

S24、对硅晶圆上微环区域上方的SiN层进行开窗处理；

S25、在湿热环境中氧化处理硅晶圆，使硅晶圆的横向SiO₂与Si界面处的过渡段平滑；

S26、刻蚀硅晶圆表面的SiO₂层与SiN层；

S27、在硅晶圆上刻蚀出硅直波导和微环；

S28、在硅基微环芯片与光放大芯片的键合位置的相应对位处制作锁模结构。

3.根据权利要求2所述的异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，在所述S27步骤中，采用ICP工艺刻蚀出硅直波导，ICP工艺采用的典型的反应气体为C₄F₈、SF₆和Ar。

4.根据权利要求1～3任一项所述的异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述硅直波导的宽度为300nm～1000nm；所述微环的半径为25μm～100μm；所述微环与硅直波导之间的间隔为50nm～500nm。

5.根据权利要求1所述的异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述S3步骤包括以下子步骤：

S31、在InP衬底上生长低掺杂浓度的第一p-InP层；

S32、在第一p-InP层上生长InGaAs层，作为后续的p面接触层；

S33、在InGaAs层上生长高掺杂浓度的第二p-InP层，作为p面电流扩展层；

S34、在第二p-InP层上生长上分别限制层；

S35、在上分别限制层上生长多量子阱有源层；

S36、在多量子阱有源层上生长下分别限制层；

S37、在下分别限制层上生长高掺杂浓度n-InP层。

6.根据权利要求5所述的异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述S6步骤具体为：

先在硅基微环芯片上形成一层SiO₂绝缘层作为保护掩膜，然后利用甲烷、氢和氩的混合等离子体刻蚀光放大芯片的InGaAs层和第二p-InP层；再依次对多量子阱有源层和n-InP层进行刻蚀。

7.根据权利要求1所述的异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，其特征在于，所述S8步骤包括以下子步骤：

S81、淀积SiO₂绝缘层作为掩膜制备N面电极；

S82、重新淀积厚SiO₂绝缘层，并在P面电极区域进行开窗处理；

S83、制作P面电极，并利用P面电极作为掩膜进行氢离子注入。