[发明专利]一种高效率宽谱输出的单芯片多波长硅基激光器

摘要

本发明公开了一种高效率宽谱输出的单芯片多波长硅基激光器，涉及半导体光电子器件技术领域。本发明的硅衬底层上分为绝缘区和光源区，绝缘区上设置有模斑变换器和谐振器，光源区设置有2个以上的光源芯片。本发明能够将多个输出中心波长不同的光源芯片集成于一体，光源芯片输出的大尺寸高斯分布光斑能高效地耦合至模斑变换器中，并经过谐振器形成腔振荡，最终在硅波导中输出高效率和宽谱范围的激光。本发明能够直接从硅波导中高效输出宽谱多波长激光，不仅结构紧凑、工艺简单、功率效率和稳定性均较高，而且可商用化，在光互联、光通信、光谱测定以及光遥感等领域中具有广阔的应用前景。

主权项

一种高效率宽谱输出的单芯片多波长硅基激光器，包括硅衬底层(1)，其特征在于：硅衬底层(1)上表面分为绝缘区和光源区，光源区上刻蚀大于100nm的厚度形成光源面，光源面上设置有M个输出中心波长不同的III‑V族大模斑半导体多通道阵列光源芯片(3)，M≥2；所述绝缘区的上面覆有绝缘层(2)，绝缘层(2)的上面覆有顶层硅(4)；每个所述光源芯片(3)均包括从下至上依次覆盖的N型电极层(301)、N型衬底层(302)、N型限制层(303)、N型波导层(304)、有源层(305)、P型限制层(306)和P型盖层(310)；P型限制层(306)和P型盖层(310)整体刻蚀形成Q个凸起的波导结构和Q+1个凸起的台面结构(309)，Q≥1，单个波导结构由凸起的脊型波导结构(307)和凸起的输出波导结构(308)对接而成，每个波导结构的两侧各有1个凸起的台面结构(309)；所述波导结构与邻近的台面结构(309)之间、以及所有台面结构(309)上面均覆有电绝缘层(311)；所有波导结构和电绝缘层(311)上面均覆有P型电极层(312)；所述光源芯片(3)整体倒置于硅衬底层(1)的光源面上；所述顶层硅(4)包括M·Q个模斑变换器(401)和M·Q个谐振器(402)，每个模斑变换器(401)均位于顶层硅(4)邻近光源芯片(3)的侧部，模斑变换器(401)与光源芯片(3)中的输出波导结构(308)一一对应；每个模斑变换器(401)的输入端与对应的输出波导结构(308)在水平方向和垂直方向上对准，每个模斑变换器(401)的输出端通过硅波导(403)与1个谐振器(402)的输入端相连，谐振器(402)的输出端设置有硅波导(403)；每个模斑变换器(401)上面均覆有低折射率层(5)。