CN114039273B - 一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构 - Google Patents

一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，属于光电集成芯片领域；该结构主要包括InP基激光器外延层薄膜、耦合层、薄膜铌酸锂光波导和衬底。InP基激光器外延层通过耦合层集成于薄膜铌酸锂光波导正上方，激光器输出光通过倏逝波耦合机制耦合进入其正下方的铌酸锂光波导中传输，满足InP基激光器芯片与薄膜铌酸锂光芯片的低损耗异质集成需求。

Description

一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构
技术领域
本发明属于光电集成芯片领域，特别涉及一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构。
背景技术
薄膜铌酸锂(LNOI，Lithium Niobate on Insulator)材料是一种新兴集成光电子芯片材料。与传统LiNbO3体材料相比，具有更强的光约束能力、更高的集成度及更高的电光调控效率，在电光调制器等光电集成芯片领域具有广泛的应用前景。但是，薄膜铌酸锂材料不能做光源，这是薄膜铌酸锂材料的巨大短板。InP基光电材料是目前实现高性能激光光源的最佳材料体系。将InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成是发展大规模薄膜铌酸锂基光电集成芯片的必然趋势和迫切需求。因此，需要一种高效的InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，推进薄膜铌酸锂基异质集成光子芯片发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，实现InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导的异质集成，解决了薄膜铌酸锂集成光路的片上光源问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，包括自上而下依次设置的激光器外延层薄膜、耦合层、薄膜铌酸锂光波导和衬底；
所述InP基激光器外延层薄膜主要包括上掺杂层、量子阱层和下掺杂层，下掺杂层出光端面为锥形结构；
所述薄膜铌酸锂光波导包括自上而下设置的薄膜铌酸锂光波导芯层和薄膜铌酸锂光波导下包层；
所述InP基激光器外延层薄膜通过耦合层集成于薄膜铌酸锂光波导芯层正上方，激光器输出光通过倏逝波耦合机制耦合进入其正下方的薄膜铌酸锂光波导中传输。
进一步的，所述上掺杂层为P型掺杂层、下掺杂层为N型掺杂层。
进一步的，所述上掺杂层为N型掺杂层、下掺杂层为P型掺杂层。
进一步的，所述薄膜铌酸锂光波导芯层为脊型光波导结构，薄膜铌酸锂光波导芯层两侧含有薄膜铌酸锂平板层。
进一步的，所述薄膜铌酸锂光波导芯层为矩形光波导结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明提供了一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，将InP基激光器芯片外延层薄膜与薄膜铌酸锂光波导通过倏逝波机制实现片上光子异质集成，解决了薄膜铌酸锂集成光路的片上光源问题。
附图说明
图1为本发明一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构的侧视示意图。
图2为本发明一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构的耦合截面示意图。
图3为本发明一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构的俯视图。
图4为薄膜铌酸锂脊型光波导结构示意图。
图5为薄膜铌酸锂矩形光波导结构示意图。
图中各标号的含义为：1、激光器外延层薄膜；2、耦合层；3、薄膜铌酸锂光波导；4、衬底；1-1、上掺杂层；1-2、量子阱层；1-3、下掺杂层；3-1、薄膜铌酸锂光波导芯层；3-2、薄膜铌酸锂光波导下包层。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结合附图对本发明作详细描述。
如图1、图2所示，本发明提供一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，包括自上而下依次设置的激光器外延层薄膜1、耦合层2、薄膜铌酸锂光波导3和衬底4；
InP基激光器外延层薄膜1通过耦合层2集成于薄膜铌酸锂光波导芯层3-1正上方。
所述InP基激光器外延层薄膜1主要包括上掺杂层1-1、量子阱层1-2和下掺杂层1-3，包含上掺杂层1-1为P型掺杂层、下掺杂层1-3为N型掺杂层和上掺杂层1-1为N型掺杂层、下掺杂层1-3为P型掺杂层两种情况，下掺杂层出光端面为锥形结构，如图3所示。
InP基激光器外延层薄膜集成于薄膜铌酸锂光波导芯层正上方，激光器输出光通过倏逝波耦合机制耦合进入其正下方的铌酸锂光波导中传输。
所述薄膜铌酸锂光波导由薄膜铌酸锂光波导芯层3-1和薄膜铌酸锂光波导下包层3-2构成；InP基激光器外延层薄膜1通过耦合层2集成于薄膜铌酸锂光波导芯层3-1正上方，激光器输出光通过倏逝波耦合机制耦合进入其正下方的铌酸锂光波导中传输。
如图4、图5所示，薄膜铌酸锂光波导芯层3-1包含脊型光波导结构和矩形光波导结构两种情况。当为脊型光波导结构时，薄膜铌酸锂光波导芯层3-1两侧含有一定厚度的薄膜铌酸锂平板层；当为矩形光波导结构时，薄膜铌酸锂光波导芯层3-1两侧没有薄膜铌酸锂平板层。
当InP基激光器外延层薄膜1的上掺杂层1-1和下掺杂层1-3在电驱动下致使InP基激光器外延层薄膜1发光时，设计其输出光波导为锥形结构，当激光器输出光沿锥形结构传输一定位置时，基于倏逝波耦合机制，透过耦合层2耦合进入薄膜铌酸锂光波导芯层3-1中传输。

Claims (3)

1.一种InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，其特征在于，包括自上而下依次设置的激光器外延层薄膜(1)、耦合层(2)、薄膜铌酸锂光波导(3)和衬底(4)；
所述InP基激光器外延层薄膜(1)包括上掺杂层(1-1)、量子阱层(1-2)和下掺杂层(1-3)，下掺杂层(1-3)出光端面为锥形结构；
所述薄膜铌酸锂光波导(3)包括自上而下设置的薄膜铌酸锂光波导芯层(3-1)和薄膜铌酸锂光波导下包层(3-2)；
所述InP基激光器外延层薄膜(1)通过耦合层(2)集成于薄膜铌酸锂光波导芯层(3-1)正上方，激光器输出光通过倏逝波耦合机制耦合进入其正下方的薄膜铌酸锂光波导(3)中传输；
所述薄膜铌酸锂光波导芯层(3-1)为脊型光波导结构，薄膜铌酸锂光波导芯层(3-1)两侧含有薄膜铌酸锂平板层；或者所述薄膜铌酸锂光波导芯层(3-1)为矩形光波导结构。
2.根据权利要求1所述的InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，其特征在于，所述上掺杂层(1-1)为P型掺杂层、下掺杂层(1-3)为N型掺杂层。
3.根据权利要求1所述的InP基激光器与薄膜铌酸锂光波导异质集成结构，其特征在于，所述上掺杂层(1-1)为N型掺杂层、下掺杂层(1-3)为P型掺杂层。
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