CN115657205B - 一种光子集成芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体技术领域，具体提供一种光子集成芯片及其制备方法，旨在解决光子集成芯片集成度较低的问题。为此目的，本发明的光子集成芯片包括：基底以及设置在基底上的激光器和硅波导结构，其中，激光器包括半导体谐振腔，该半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，半导体谐振腔包括三五族半导体发光材料区。通过将半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，有利于实现大规模单片集成且提高集成密度，解决了现有技术中三五族半导体激光器与硅光芯片集成困难、集成度低的问题。

Description

一种光子集成芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体提供一种光子集成芯片及其制备方法。

背景技术

现今光子集成芯片是高速通信系统的关键性技术，其可实现对各种不同光学器件或光电器件的集成，如可集成激光器和硅光芯片，激光器作为光源，硅光芯片用于对激光器发出的光信号进行传输，激光器和硅光芯片的集成是影响光子集成芯片集成度的重要因素之一。

然而现有技术中在进行集成时通常采用键合的方式将三五族材料和硅光芯片进行集成，然后制备激光器，该方法不利于提高光子集成芯片的集成度，对于三五族半导体激光器与硅光芯片的集成仍是亟需解决的难点和热点问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有光子集成芯片集成度较低的问题。

在第一方面，本发明提供一种光子集成芯片，其包括：

基底以及设置在所述基底上的激光器和硅波导结构；

其中，所述激光器包括半导体谐振腔，所述半导体谐振腔与所述硅波导结构面内耦合，所述半导体谐振腔包括三五族半导体发光材料区。

在一些实施例中，所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在所述基底上方相同层内对接耦合，以实现面内出光。

在一些实施例中，所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在所述基底上方相同层内倏逝耦合；

或者，

所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在所述基底上方堆叠设置，且所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在垂直于所述基底的方向上倏逝耦合。

在一些实施例中，所述半导体谐振腔上形成有空气孔。

在一些实施例中，所述半导体谐振腔形成有多个空气孔，其中，所述多个空气孔的孔径均不相同或所述多个空气孔中至少部分空气孔的孔径相同。

在一些实施例中，所述硅波导结构上形成有空气孔，所述空气孔设置在所述硅波导结构上与所述半导体谐振腔耦合的区域。

在一些实施例中，所述硅波导结构包括呈阵列排布的条形硅波导。

在一些实施例中，每个所述条形硅波导与多个所述半导体谐振腔倏逝耦合。

在一些实施例中，所述光子集成芯片还包括：

设置在所述基底上的光栅结构和/或微环谐振腔；

其中，所述微环谐振腔与所述硅波导结构倏逝耦合，所述光栅结构设置在所述硅波导结构的输出端。

在第二方面，本发明提供了一种光子集成芯片制备方法，其包括：

提供绝缘体上硅，所述绝缘体上硅包括绝缘层和设置在所述绝缘层上的硅层，以所述绝缘层作为基底；

对所述硅层进行图案化，在所述基底上形成硅材料区；

沉积覆盖所述硅材料区的绝缘介质层；

在所述绝缘介质层中形成开口，以显露出部分所述硅材料区；

通过所述开口对所述硅材料区进行侧向刻蚀，形成由所述硅材料区的侧壁、所述基底和所述绝缘介质层围成的开放式腔体结构；

在所述硅材料区的侧壁外延生长三五族半导体发光材料区，所述三五族半导体发光材料区填充至少部分所述开放式腔体结构；

对所述绝缘介质层进行图案化；

以图案化后的所述绝缘介质层为掩膜对所述硅材料区和所述三五族半导体发光材料区进行刻蚀，保留的所述硅材料区形成硅波导结构，保留的所述三五族半导体发光材料区形成激光器的半导体谐振腔。

在采用上述技术方案的情况下，本发明提供的光子集成芯片可以包括基底以及设置在基底上的激光器和硅波导结构，其中，激光器包括半导体谐振腔，该半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，半导体谐振腔包括三五族半导体发光材料区。通过将半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，有利于实现大规模单片集成且提高集成密度，解决了现有技术中三五族半导体激光器与硅光芯片集成困难、集成度低的问题。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明实施例提供的一种半导体谐振腔和硅波导结构对接耦合的光子集成芯片结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图；

图4是本发明实施例提供的形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构对接耦合的光子集成芯片结构示意图；

图5是本发明实施例提供的形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图；

图6是本发明实施例提供的形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图；

图7是本发明实施例提供的均形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合结构示意图；

图8是本发明实施例提供的光子集成芯片发射端结构示意图；

图9是本发明实施例提供的光子集成芯片制备方法流程示意图；

图10和图11是本发明步骤S11和S12对应的结构示意图；

图12a是本发明步骤S13对应的立体结构示意图，图12b为沿图12a中A-A’线得到的剖面结构示意图；图13a是本发明步骤S14对应的立体结构示意图，图13b为沿图13a中A-A’线得到的剖面结构示意图；

图14至图17是本发明步骤S15至步骤S18对应的结构示意图；

图18是本发明实施例提供的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片制备方法流程示意图；

图19是本发明另一实施例提供的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片制备方法流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

基于背景技术部分可知，现有技术中在将激光器和硅光芯片进行集成时通常采用键合的方式将三五族材料和硅光芯片进行集成，然后制备激光器，该方法不利于提高光子集成芯片的集成度，对于三五族半导体激光器与硅光芯片的集成仍是亟需解决的难点和热点问题。

有鉴于此，本发明提供了一种光子集成芯片，包括基底以及设置在基底上的激光器和硅波导结构，其中，激光器包括半导体谐振腔，该半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，半导体谐振腔包括三五族半导体发光材料区。通过将半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，有利于实现大规模单片集成且提高集成密度，解决了现有技术中三五族半导体激光器与硅光芯片集成困难、集成度低的问题。

其中，可以采用绝缘体上硅（SOI，Silicon-On-Insulator）制备光子集成芯片，SOI可以包括依次堆叠设置的绝缘层和硅层，可以SOI中的绝缘层作为基底，以SOI中的硅层制备硅波导结构，半导体谐振腔可以采用InGaAs/InP多层量子阱(MQW)的III-V材料结构，在一些实施例中，半导体谐振腔还可以包括InP材料，或者，包括第一导电类型三五族半导体材料、增益材料和第二导电类型三五族半导体材料。其中，增益材料可以为InGaAs量子阱材料或量子点材料。

在一些实施例中，参见图1所示，图1是本发明实施例提供的一种半导体谐振腔和硅波导结构对接耦合的光子集成芯片结构示意图，基底10上设置有半导体谐振腔11和硅波导结构12，半导体谐振腔11和硅波导结构12在基底10上方相同层内对接耦合（buttcoupling）。有利于在基底10上相同层内，由半导体谐振腔11产生的激光直接与硅波导结构12耦合对接，并在与基底10表面平行的平面内输出激光信号，即可以实现面内出光。

半导体谐振腔11和硅波导结构12在基底10上方相同层内对接耦合有利于降低激光在半导体谐振腔11和和硅波导结构12之间的耦合对接难度。

其中，半导体谐振腔11的腔长方向可以为沿硅波导结构12延伸的方向或者垂直于硅波导结构12延伸的方向。在其他实施例中，半导体谐振腔11的腔长方向也可以与硅波导结构12的延伸方向呈一定的夹角。基于该半导体谐振腔11的激光器可以使用电进行泵浦。

在其他实施例中，半导体谐振腔11还可以呈微环结构或微盘结构。

硅波导结构12可以包括呈阵列排布的条形硅波导，条形硅波导可以包括输入端和输出端，半导体谐振腔11设置在靠近条形硅波导输入端的一侧，用于将光信号从输入端耦合至条形硅波导。

在另一些实施例中，还可以为半导体谐振腔11和硅波导结构12在基底10上方相同层内倏逝耦合（evanescent coupling），参见图2所示，图2是本发明实施例提供的一种半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图。

其中，半导体谐振腔11设置在靠近条形硅波导输入端且垂直于条形硅波导延伸方向上的区域内。

在另一些实施例中，还可以为半导体谐振腔11和硅波导结构12在基底10上方堆叠设置，且半导体谐振腔11和硅波导结构12在垂直于基底10的方向上倏逝耦合，具体可参见图3所示，图3是本发明实施例提供的另一种半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图。

其中，可以为硅波导结构12和半导体谐振腔11在基底10上方依次堆叠设置。在其他实施例中，也可以为半导体谐振腔11和硅波导结构12在基底10上方依次堆叠设置。

在一些实施例中，半导体谐振腔11可以设置有多个，每个条形硅波导与多个半导体谐振腔11倏逝耦合，以实现多模耦合。

其中，多个半导体谐振腔11可以沿条形硅波导的延伸方向间隔设置。

需要说明的是，硅波导结构12也可以根据需求设置为其他形状，例如，可以为包括弯曲部和直线部的硅波导或脊形硅波导。

本发明提供的光子集成芯片，通过设置半导体谐振腔和硅波导结构面内耦合，实现了激光器和硅的单片集成，有利于实现大规模单片集成且提高集成密度。

在一些实施例中，为了得到更高的Q值以及更好的实现单模输出，还可以在半导体谐振腔11上形成空气孔。

在一些实施例中，半导体谐振腔11上可以形成有多个空气孔13，其中，多个空气孔13的孔径均不相同或多个空气孔13中至少部分空气孔13的孔径相同。

参见图4所示，图4是本发明实施例提供的形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构对接耦合的光子集成芯片结构示意图。半导体谐振腔11上形成有多个空气孔13，且多个空气孔13的孔径均相同，多个空气孔13可以沿半导体谐振腔11的腔长方向间隔排布，每个空气孔13的孔洞方向为垂直于基底10的方向。

参见图5所示，图5是本发明实施例提供的形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图。其中，硅波导结构12可以包括呈阵列排布的条形硅波导，条形硅波导和半导体谐振腔11在基底10上依次堆叠设置，半导体谐振腔11上设置有孔径均相同的多个空气孔13，多个空气孔13可以沿半导体谐振腔11的腔长方向间隔排布，每个空气孔13的孔洞方向为垂直于基底10的方向，通过空气孔13可以显露出条形硅波导的部分表面。

参见图6所示，图6是本发明实施例提供的形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构示意图。其中，硅波导结构12可以包括半圆形弯折部121和两个直线部122，半导体谐振腔11在靠近半圆形弯折部121的一侧设置，且半导体谐振腔11的腔长方向与直线部122的延伸方向垂直。半导体谐振腔11上形成有多个空气孔13，多个空气孔13中包括第一空气孔131和第二空气孔132，第一空气孔131的孔径小于第二空气孔132的孔径，且第一空气孔131设置在半导体谐振腔11的中间区域，第二空气孔132设置在半导体谐振腔11上第一空气孔131的两侧。

为了进一步提高单模输出效果、优化抑制比，本发明实施例提供的硅波导结构12上形成有空气孔13’，空气孔13’设置在硅波导结构12上与半导体谐振腔11耦合的区域。参见图7所示，图7是本发明实施例提供的均形成有空气孔的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合结构示意图。

其中，硅波导结构12上的空气孔13’可以和半导体谐振腔11上的空气孔13采用相同的方式设置，硅波导结构12可以形成有多个空气孔13’，多个空气孔13’的孔径均不相同或多个空气孔13’中至少部分空气孔13’的孔径相同。其中，半导体谐振腔11上的空气孔13可以和图6中示出的空气孔13采用相同的方式设置，硅波导结构12上的空气孔13’可以和半导体谐振腔11上的空气孔13一一对应设置。

在一些实施例中，光子集成芯片还可以包括：设置在基底上的光栅结构和/或微环谐振腔。如图8所示，微环谐振腔14与硅波导结构12倏逝耦合，光栅结构15设置在硅波导结构12的输出端。其中，光栅结构15的形貌可以根据仿真耦合效率和输出端光纤角度进行设置。

本发明的另一方面，还提供了一种光子集成芯片制备方法。参见图9所示，图9是本发明实施例提供的光子集成芯片制备方法流程示意图，其可以包括：

步骤S11：提供绝缘体上硅，绝缘体上硅包括绝缘层和设置在绝缘层上的硅层，以绝缘层作为基底；

步骤S12：对硅层进行图案化，在基底上形成硅材料区；

步骤S13：沉积覆盖硅材料区的绝缘介质层；

步骤S14：在绝缘介质层中形成开口，以显露出部分硅材料区；

步骤S15：通过开口对硅材料区进行侧向刻蚀，形成由硅材料区的侧壁、基底和绝缘介质层围成的开放式腔体结构；

步骤S16：在硅材料区的侧壁外延生长三五族半导体发光材料区，三五族半导体发光材料区填充至少部分开放式腔体结构；

步骤S17：对绝缘介质层进行图案化；

步骤S18：以图案化后的绝缘介质层为掩膜对硅材料区和三五族半导体发光材料区进行刻蚀，保留的硅材料区形成硅波导结构，保留的三五族半导体发光材料区形成激光器的半导体谐振腔。

在一些实施例中，参见图10所示，绝缘体上硅可以包括绝缘层和设置在绝缘层上的硅层201，以绝缘层作为基底200。在其他实施例中，绝缘体上硅还可以为由硅层、绝缘层、硅层设置的堆叠结构，可以依次设置的硅层和绝缘层作为基底200。

在一些实施例中，步骤S12可以具体为采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺对硅层201进行图案化，在基底200上形成硅材料区202，如图11所示，硅材料区202可以包括阵列排布的条形硅波导。在其他实施例中，硅材料区202也可以包括其他形态的硅波导。

在一些实施例中，在执行步骤S12之前还可以预先对硅层201进行减薄，以便于后续基于此制备得到的激光器在垂直于基底200的方向上能进行光场限制。

在一些实施例中，步骤S13可以具体为采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺沉积覆盖硅材料区202的绝缘介质层203，如图12a和图12b所示，图12a为立体结构示意图，图12b为沿图12a中A-A’线得到的剖面结构示意图。在另一些实施例中，绝缘介质层203还可以覆盖显露出的基底上表面。

在一些实施例中，步骤S14可以具体为采用干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺对绝缘介质层203进行刻蚀，形成一个贯穿绝缘介质层203且显露出位于绝缘介质层203下方的部分硅材料区202的开口204，其中，当硅材料区202包括阵列排布的条形硅波导时，步骤S14可以具体为在绝缘介质层203中靠近条形硅波导输入端的位置处形成开口204，如图13a和13b所示，图13a为该步骤对应的立体结构示意图，图13b为沿图13a中A-A’线得到的剖面结构示意图。

在执行步骤S15之后，得到如图14所示的开放式腔体结构，图14是沿硅材料区延伸方向的开放式腔体剖面结构示意图。

在一些实施例中，步骤S16可以具体为采用化学气相沉积工艺通过绝缘介质层203上的开口204在硅材料区202的侧壁上外延生长三五族半导体发光材料区205。如图15所示，图15是沿硅材料区延伸方向的剖面结构示意图，三五族半导体发光材料区205可以部分填充开放式腔体结构。其中，三五族半导体发光材料区205可以包括InGaAs/InP多层量子阱(MQW)材料、InP材料、InGaAs量子阱材料或量子点材料。

在一些实施例中，步骤S17可以具体为：在绝缘介质层203上形成光刻胶层；对光刻胶层进行图案化；利用图案化后的光刻胶层作为掩膜，对绝缘介质层203进行刻蚀。其中，可以根据在硅波导结构延伸方向上对硅波导尺寸和半导体谐振腔尺寸的需求以及在垂直于硅波导延伸方向上对硅波导尺寸和半导体谐振腔尺寸的需求，对绝缘介质层进行图案化。如图16所示，图16是绝缘介质层图案化后对应的俯视结构示意图。

在一些实施例中，在执行步骤S18之后可以得到如图17所示的光子集成芯片立体结构示意图，其中，硅波导结构206和半导体谐振腔207在基底200上的相同层内对接耦合，硅波导结构206和半导体谐振腔207之间可以有一定的间隔。其中，半导体谐振腔207的腔长方向为硅波导结构206延伸的方向。在其他实施例中，还可以通过对绝缘介质层203进行图案化，基于图案化后的绝缘介质层203为掩膜进行刻蚀，得到腔长方向垂直于硅波导延伸方向的半导体谐振腔207。

在一些实施例中，在步骤S18之后还可以将保留的绝缘介质层203去除。

在另一些实施例中，为了得到更高的Q值和以及更好的实现单模输出，在步骤S18之后还可以在半导体谐振腔207，或者，半导体谐振腔207和硅波导结构206上形成空气孔。

在一些实施例中，可以通过对图案化后的绝缘介质层203进行刻蚀，在预设位置处形成贯穿绝缘介质层203的通孔，通过该通孔对显露出的硅波导层202和三五族半导体发光材料区205进行刻蚀，以形成空气孔，得到形成有空气孔的硅波导结构206和形成有空气孔的半导体谐振腔207。其中，可以在半导体谐振腔207上形成多个空气孔，多个空气孔可以沿腔长方向间隔排列。在一些实施例中，可以在半导体谐振腔207上形成孔径各不相同的多个空气孔；在另一些实施例中，还可以在半导体谐振腔207上形成至少部分孔径相同的多个空气孔。

在一些实施例中，可以采用和在半导体谐振腔207形成空气孔相同的方式在硅波导结构206上形成空气孔，其中，可以为在硅波导结构206上与半导体谐振腔207耦合的区域形成空气孔，且硅波导结构206上的空气孔可以和半导体谐振腔207上的空气孔一一对应设置。

需要说明的是，在一些实施例中，通过选择合适的掩膜图案，在步骤S12中对硅层进行图案化还可以在基底200上形成光栅结构和/或微环谐振腔，其中，微环谐振腔与硅波导结构倏逝耦合，光栅结构设置在硅波导结构的输出端。其中，光栅结构的形貌可以根据仿真耦合效率和输出端光纤角度进行设置。

针对图2示出的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构，如图18所示，可以通过以下步骤制备得到：

步骤S21：提供绝缘体上硅，绝缘体上硅包括绝缘层和设置在绝缘层上的硅层，以绝缘层作为基底；

步骤S22：对硅层进行图案化，在基底上形成硅材料区；

步骤S23：在基底上沉积三五族半导体发光材料区；

步骤S24：沉积覆盖硅材料区和三五族半导体发光材料区的绝缘介质层；

步骤S25：对绝缘介质层进行图案化；

步骤S26：以图案化后的绝缘介质层为掩膜对硅材料区和三五族半导体发光材料区进行刻蚀，保留的硅材料区形成硅波导结构，保留的三五族半导体发光材料区形成激光器的半导体谐振腔。

其中，步骤S21和S22可以相应采用和步骤S11、S12相同的方式实现。

在一些实施例中，步骤S23可以具体为采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺在基底上沉积三五族半导体发光材料区。其中，当硅材料区包括阵列排布的条形硅波导时，可以具体为至少在靠近条形硅波导输入端且垂直于条形硅波导延伸方向上的区域内沉积三五族半导体发光材料区。

在一些实施例中，步骤S24还可以为沉积覆盖硅材料区、三五族半导体发光材料区以及显露出的基底上表面的绝缘介质层。

在一些实施例中，步骤S25、S26可以相应采用和步骤S17、S18相同的方式实现。从而得到在基底上相同层内倏逝耦合的半导体谐振腔和硅波导结构。

针对图3示出的半导体谐振腔和硅波导结构倏逝耦合的光子集成芯片结构，如图19所示，可以通过以下步骤制备得到：

步骤S31：提供绝缘体上硅，绝缘体上硅包括绝缘层和设置在绝缘层上的硅层，以绝缘层作为基底；

步骤S32：对硅层进行图案化，在基底上形成硅材料区；

步骤S33：在硅材料区上沉积三五族半导体发光材料区；

步骤S34：沉积至少覆盖三五族半导体发光材料区的绝缘介质层；

步骤S35：对绝缘介质层进行图案化；

步骤S36：以图案化后的绝缘介质层为掩膜对三五族半导体发光材料区进行刻蚀，保留的硅材料区形成硅波导结构，保留的三五族半导体发光材料区形成激光器的半导体谐振腔。

从而得到半导体谐振腔和硅波导结构在垂直于基底10的方向上倏逝耦合的光子集成芯片。

以上为本发明实施例提供的光子集成芯片制备方法，通过在基底上形成硅波导结构和半导体谐振腔，使半导体谐振腔与硅波导结构面内耦合，有利于实现大规模的单片集成、提高集成度。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光子集成芯片，其特征在于，包括：

基底以及设置在所述基底上的激光器和硅波导结构；

其中，所述激光器包括半导体谐振腔，所述半导体谐振腔与所述硅波导结构面内耦合，所述半导体谐振腔包括三五族半导体发光材料区；所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在所述基底上方相同层内，所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在所述基底上方相同层内对接耦合，以实现面内出光，或者，所述半导体谐振腔和所述硅波导结构在所述基底上方相同层内倏逝耦合。

2.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其特征在于，所述半导体谐振腔上形成有空气孔。

3.根据权利要求2所述的光子集成芯片，其特征在于，所述半导体谐振腔形成有多个空气孔，其中，所述多个空气孔的孔径均不相同或所述多个空气孔中至少部分空气孔的孔径相同。

4.根据权利要求2所述的光子集成芯片，其特征在于，所述硅波导结构上形成有空气孔，所述空气孔设置在所述硅波导结构上与所述半导体谐振腔耦合的区域。

5.根据权利要求1所述的光子集成芯片，其特征在于，所述硅波导结构包括呈阵列排布的条形硅波导。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的光子集成芯片，其特征在于，所述光子集成芯片还包括：

设置在所述基底上的光栅结构和/或微环谐振腔；

其中，所述微环谐振腔与所述硅波导结构倏逝耦合，所述光栅结构设置在所述硅波导结构的输出端。

7.一种光子集成芯片制备方法，其特征在于，所述光子集成芯片制备方法用于制备权利要求1至6中任一项所述的光子集成芯片，所述方法包括：

提供绝缘体上硅，所述绝缘体上硅包括绝缘层和设置在所述绝缘层上的硅层，以所述绝缘层作为基底；

对所述硅层进行图案化，在所述基底上形成硅材料区；

沉积覆盖所述硅材料区的绝缘介质层；

在所述绝缘介质层中形成开口，以显露出部分所述硅材料区；

通过所述开口对所述硅材料区进行侧向刻蚀，形成由所述硅材料区的侧壁、所述基底和所述绝缘介质层围成的开放式腔体结构；

在所述硅材料区的侧壁外延生长三五族半导体发光材料区，所述三五族半导体发光材料区填充至少部分所述开放式腔体结构；

对所述绝缘介质层进行图案化；

以图案化后的所述绝缘介质层为掩膜对所述硅材料区和所述三五族半导体发光材料区进行刻蚀，保留的所述硅材料区形成硅波导结构，保留的所述三五族半导体发光材料区形成激光器的半导体谐振腔。