一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構和制造方法技術

本發明專利技術涉及激光器技術領域，提供了一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構和制造方法。其中結構包括SOI襯底、三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導，所述三五族有源區波導的出光口與所述硅波導的進光口耦合，所述硅波導的出光口與所述聚合物波導的進光口耦合；所述聚合物波導的出光口與所述激光器的出光口耦合。本發明專利技術實施例可以實現激光器的熱不敏感，溫度變化時，激光器光波長穩定不變，不需要額外使用TEC來控溫，能大大降低模塊的功耗，實現相同封裝方式下更多路光通道的封裝，本發明專利技術實施例中激光器制作在SOI上，芯片發光可以直接進入光波導中傳輸，不需要額外進行耦合，利于集成與批量生產。

Structure and manufacturing method of heterojunction thermal insensitive laser based on SOI

The invention relates to the technical field of lasers, and provides a structure and a manufacturing method of a heterojunction thermal insensitive laser based on SOI. The structure includes a SOI substrate, waveguide, group 35 active region negative temperature coefficient of refractive index of the polymer waveguide and the silicon waveguide, the waveguide group 35 active region in light of light coupled with the silicon waveguide, the silicon waveguide in light coupled with the light in the polymer waveguide; the outlet of polymer waveguide coupled with the laser light. The embodiment of the invention can realize laser heat sensitive, temperature changes, the laser wavelength is stable, without the need for additional use of TEC to temperature control, can greatly reduce the power consumption of the module, more optical channel to achieve the same package under the package, the embodiment of the invention of laser manufacture on SOI chip light emitting can be directly enter the waveguide transmission, without the need for additional coupling to integration and mass production.

【技術實現步驟摘要】
一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構和制造方法
本專利技術涉及激光器
，特別是涉及一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構和制造方法。
技術介紹
隨著信息傳輸帶寬的需求一直在以爆炸的速度增長，為滿足網絡流量的飛速發展，在骨干層網絡，40Gbps、100Gbps光網絡已經開始商用部署，400Gbps或1Tbps光通信系統也開始研究。高速率寬帶寬的發展，要求波分復用的波長間隔越來越小，尤其速率上了100Gbps之后，LWDM(LinkedWavelengthDivisionMultiplexing)通訊窗口要求波長在2nm范圍變動，現有激光器芯片會隨著溫度變化而波長漂移。高速率光模塊封裝中不得不采用半導體致冷器(ThermoElectricCooler,簡寫為：TEC)、熱敏電阻等溫控元件對laser進行溫控處理，實現穩定波長輸出的目的。TEC的引入不但增大了整個光模塊的功耗，也給封裝帶來了極大的不便，同一封裝形式，如四通道SFP接口(QuadSmallForm-factorPluggable，簡寫為：QSFP)、CFP4等需要騰出一部分空間來封裝TEC，芯片封裝空間的減小限制了多路通訊波長的引入，影響多路高速率的光模塊發展。
技術實現思路
本專利技術實施例要解決的技術問題是現有的激光器溫度補償控制都是基于TEC完成的，而相應結構需要騰出一部分空間來封裝TEC，芯片封裝空間的減小限制了多路通訊波長的引入，影響多路高速率的光模塊發展。本專利技術實施例采用如下技術方案：第一方面，本專利技術實施例提供了一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構，包括SOI襯底、三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導，所述三五族有源區波導負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導位于所述SOI襯底二氧化硅層上，所述三五族有源區波導位于所述硅波導上，具體的：所述三五族有源區波導的出光口與所述硅波導的進光口耦合，所述硅波導的出光口與所述聚合物波導的進光口耦合；所述聚合物波導的出光口與所述激光器的出光口耦合。可選的，所述硅波導的進光口為錐形，所述三五族有源區波導與所述硅波導的錐形進光口完成耦合。可選的，所述硅波導的出光口為錐形，所述聚合物波導以套刻的方式制作，并且所述聚合物波導的進光口套接在所述硅波導的錐形出光口上。可選的，所述三五族有源波導bonding在SOI襯底的中層SiO2波導上；其中，SOI襯底包括底層硅波導、中層SiO2波導和頂層硅波導。可選的，在所述激光器為DBR激光器時，在所述襯底之上，且位于所述三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導之下設置有光柵層；其中，位于所述三五族有源區波導左側和負折射率溫度系數右側設置有光柵區，作為激光器的反射腔端面。可選的，所述三五族有源區波導的長度L和折射率n，以及聚合物波導的長度Ls和折射率ns，由上述四個參數以及各參數相對于溫度的變化系數，構成三五族有源區波導的等效波長波動因子和聚合物波導的等效波長波動因子；根據所述三五族有源區波導的等效波長波動因子和聚合物波導的等效波長波動因子之和為零，在確定所述折射率n和折射率ns對于溫度的變化系數后，得到所述三五族有源區波導的長度L和聚合物波導的長度Ls的長度比例；依據所述長度比例制作所述三五族有源區波導和/或聚合物波導。第二方面，本專利技術實施例還提供了一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構，包括SOI襯底、三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導、硅波導、第一SiO2波導和第二SiO2波導，所述三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導、硅波導、第一SiO2波導和第二SiO2波導位于所述SOI襯底上，具體的：所述三五族有源區波導的出光口與所述硅波導的進光口耦合，所述硅波導的出光口與所述第一SiO2波導的進光口耦合；所述第一SiO2波導的出光口與所述聚合物波導的進光口耦合；所述聚合物波導的出光口和所述第二SiO2波導的進光口耦合。可選的，所述硅波導的進光口為錐形，所述三五族有源區波導與所述硅波導的錐形進光口完成耦合。可選的，所述硅波導的出光口為錐形，所述第一SiO2波導以套刻的方式制作，并且所述聚合物波導的進光口套接在所述硅波導的錐形出光口上。第三方面，本專利技術實施例還提供了一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器的制作方法，所述方法包括：通過光刻在所述SOI襯底上制作硅波導圖形，其中，所述硅波導圖形的進光口和出光口分別被制作成錐形；將三五族有源區波導bonding在所述SOI襯底的預設位置，使得所述三五族有源區波導的出光口和所述硅波導的錐形進光口完成耦合；在所述硅波導的出光口側套刻聚合物波導，其中，所述聚合物波導的進光口覆蓋在所述硅波導的出光口的錐形圖形之上，所述聚合物波導的出光口與所述激光器的出光口完成耦合。本專利技術實施例可以實現激光器的熱不敏感，溫度變化時，激光器光波長穩定不變，不需要額外使用TEC來控溫，能大大降低模塊的功耗，實現相同封裝方式下更多路光通道的封裝，本專利技術實施例中激光器制作在SOI上，芯片發光可以直接進入光波導中傳輸，不需要額外進行耦合，利于集成與批量生產。【附圖說明】為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。圖1是本專利技術實施例提供的一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構俯視圖；圖2是本專利技術實施例提供的一種有源層波導和硅波導耦合結構俯視圖；圖3是本專利技術實施例提供的一種有源層波導和硅波導耦合結構左視圖；圖4是本專利技術實施例提供的另一種有源層波導和硅波導耦合結構俯視圖；圖5是本專利技術實施例提供的另一種有源層波導和硅波導耦合結構左視圖；圖6是本專利技術實施例提供的一種硅波導和聚合物波導耦合結構示意圖；圖7是本專利技術實施例提供的一種基于SOI的異質結熱不敏感DBR激光器結構主視圖；圖8是本專利技術實施例提供的另一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構俯視圖；圖9是本專利技術實施例提供的一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器制作方法流程圖；圖10是本專利技術實施例提供的另一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器制作方法流程圖。【具體實施方式】為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。在本專利技術的描述中，術語“內”、“外”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“頂”、“底”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術而不是要求本專利技術必須以特定的方位構造和操作，因此不應當理解為對本專利技術的限制。此外，下面所描述的本專利技術各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。全光互聯取代電互聯是大勢所趨，具有非常誘惑的前景，而硅光互連則是業內公認最有可能實現全光互聯的技術方案。由于硅材料是間接帶隙，用來制作成光源發光效率非常低，目前比較可行的方式是采用三五族的芯片與SOI實現混合集成。但芯片與SOI波導尺寸太小，耦合是一重大難題，采用lens耦合工本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，包括SOI襯底、三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導，所述三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導位于所述SOI襯底上，具體的：所述三五族有源區波導的出光口與所述硅波導的進光口耦合，所述硅波導的出光口與所述聚合物波導的進光口耦合；所述聚合物波導的出光口與所述激光器的出光口耦合。

【技術特征摘要】
1.一種基于SOI的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，包括SOI襯底、三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導，所述三五族有源區波導、負折射率溫度系數的聚合物波導和硅波導位于所述SOI襯底上，具體的：所述三五族有源區波導的出光口與所述硅波導的進光口耦合，所述硅波導的出光口與所述聚合物波導的進光口耦合；所述聚合物波導的出光口與所述激光器的出光口耦合。2.根據權利要求1所述的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，所述硅波導的進光口為錐形，所述三五族有源區波導與所述硅波導的錐形進光口完成耦合。3.根據權利要求1或2所述的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，所述硅波導的出光口為錐形，所述聚合物波導以套刻的方式制作，并且所述聚合物波導的進光口套接在所述硅波導的錐形出光口上。4.根據權利要求1所述的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，所述三五族有源波導bonding在SOI襯底的中層SiO2波導上；其中，SOI襯底包括底層硅波導、中層SiO2波導和頂層硅波導。5.根據權利要求1所述的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，在所述激光器為DBR激光器時，位于所述三五族有源區波導左側和負折射率溫度系數右側設置有光柵區，作為激光器的反射腔端面。6.根據權利要求1所述的異質結熱不敏感激光器結構，其特征在于，所述三五族有源區波導的長度L和折射率n，以及聚合物波導的長度Ls和折射率ns，由上述四個參數以及各參數相對于溫度的變化系數，構成三五族有源區波導的等效波長波動因子和聚合物波導的等效波長波動因子；根據所述三五族有源區波導的等效波長波動因子和聚合物波導的等效波長波動因子之和為零，在確定所述折射率n和折射率ns對于溫度的變化系數...

【專利技術屬性】
技術研發人員：常江，李庭宇，周日凱，付永安，孫莉萍，
申請(專利權)人：武漢電信器件有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北,42