[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

说明书

本发明涉及异构单芯片单向注入锁定半导体激光器及其制备方法，包括：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；反向生长光放大芯片的外延结构并同硅基微环芯片键合；对光放大芯片进行减薄；制作光放大芯片的宽脊波导；制备绝热耦合器；制作共面电极；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。本发明中，将磷化铟基、硅基以及钇铁石榴石三种材料通过晶圆键合方式得到异构单芯片单向注入锁定半导体激光器，单芯片实现光、电隔离的同时，实现高效率光耦合；为单向注入锁定激光器平面集成化制造提供了一种可行的制备方法，解决了目前难以实现平面集成化制造的难题。

技术领域

本发明属于半导体激光器技术领域，涉及异构单芯片单向注入锁定半导体激光器及其制备方法。

背景技术

单向注入锁定半导体激光器，利用主激光器的光注入到从激光器，从而减小从激光器自发辐射，压缩从激光器光谱线宽；增强从激光器中光光谐振效应，改善从激光器的高频响应特性，有利于从激光器产生稳定的窄脉冲；且单向注入锁定能够保证主从激光器的相位独立，这在随机相位光源的产生中尤其重要。这些性能优势使得单向注入锁定广泛应用于光学时钟、频率测量、宽带光谱学、全光数模转换、微波光子雷达、量子光通信等领域。

但是单向注入锁定半导体激光器受限于片上光隔离器的缺乏，难以在同一种材料体系中实现。目前单向注入锁定半导体激光器仍以分立激光器为主，主从激光器的隔离利用传统的磁光隔离器实现，从而限制了单向注入锁定半导体激光器在光子集成中的应用。已见报道的单片注入锁定激光器多为互注入锁定，少单向注入锁定。通过利用硅基微环集成磁光晶体产生非互易相移，可实现单向光隔离，然后再集成主从激光器可得到单向注入锁定半导体激光器；但是主从激光器基于Ⅲ-Ⅴ族材料、微环基于硅基材料、磁光晶体基于YIG材料。整个单向注入锁定激光器涉及三种材料体系，其制备过程中的热过程、晶格失配等使得难以实现晶圆集成制造。

发明内容

有鉴于此，为解决单片单向注入锁定激光器现有技术中多材料体系难以晶圆集成制造的难题，本发明的目的在于提供一种异构单芯片单向注入锁定半导体激光器及其制备方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种异构单芯片单向注入锁定半导体激光器的制备方法，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、减薄完成后开始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。

进一步的，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；