单片光子集成器件整片制作结构制造技术

本公开提供一种单片光子集成器件整片制作结构，其中包括多列相邻设置的集成器件单元组，每列集成器件单元组包括多个集成器件单元，每个集成器件单元包括两个光器件和刻蚀凹槽，所述两个光器件通过脊型波导串联；每列集成器件单元组中的集成器件单元与相邻列交错设置，使得在横向，一列集成器件单元的脊型波导与相邻列集成器件单元的刻蚀凹槽相对，或一列集成器件单元的刻蚀凹槽与相邻列集成器件单元的脊型波导相对。所述整片制作结构摒弃了传统的巴条解理、装架镀膜和再解理测试的繁杂步骤，实现了光子集成器件的整片镀膜和测试筛选，大大降低了光子集成器件的制作和测试成本；减少了集成器件单元的底面和端面反射光对在线测试数据的干扰。

Fabrication structure of monolithic photonic integrated devices

【技术实现步骤摘要】
单片光子集成器件整片制作结构
本公开涉及光电子器件设计制作
，尤其涉及一种单片光子集成器件整片制作结构。
技术介绍
单片光子集成器件是信息传输、人工智能、超算传感等领域的关键器件。传统的光子集成器件在采用选择区域外延(SAG)或对接耦合生长(BJG)外延技术完成有源与有源或有源与无源材料集成之后，按照集成器件制作步骤，分别刻制波导、作出各自电极，然后将集成器件解理成巴条，整齐排列于镀膜治具上，安装到高真空电子束蒸发设备内，分别给一端蒸镀减反射膜、另一端蒸镀高反射介质膜，最后再将镀膜后的巴条解理成单个集成器件管芯进行测试和筛选，其步骤比较繁杂，且制作和测试成本较高。公开内容(一)要解决的技术问题基于上述问题，本公开提供了一种单片光子集成器件整片制作结构，以缓解现有技术中光子集成器件制作流程繁杂、制作和测试成本较高等技术问题。(二)技术方案本公开提供一种单片光子集成器件整片制作结构，包括：多列相邻设置的集成器件单元组，每列集成器件单元组包括多个集成器件单元，每个集成器件单元包括两个光器件和刻蚀凹槽，所述两个光器件通过脊型波导串联；每列集成器件单元组中的集成器件单元与相邻列交错设置，使得在横向，一列集成器件单元的脊型波导与相邻列集成器件单元的刻蚀凹槽相对，或一列集成器件单元的刻蚀凹槽与相邻列集成器件单元的脊型波导相对。在本公开实施例中，所述集成器件单元的刻蚀凹槽的长度和每个集成器件单元腔长相等。在本公开实施例中，所述集成器件单元包括在InP、GaAs、GaN、SiC、AlN或ZnO中任一衬底上制作的两种有源光器件组成的光子集成器件或有源与无源光器件组成的光子集成器件。在本公开实施例中，所述刻蚀凹槽长度为150-1000微米，宽度30-60微米，深度4-5微米。在本公开实施例中，所述刻蚀凹槽深度至光子集成器件的有源层以下，刻蚀凹槽的底部为减反射底面、侧壁为垂直镜面。在本公开实施例中，所述刻蚀凹槽底部的减反射底面指凹槽底部具有50-100纳米高度的减反射密集椎体。在本公开实施例中，，所述刻蚀凹槽与水平方向垂直的两个端面，分别为左右水平交错排列集成器件单元的出光端面和背光端面，出光端面整片蒸镀减反射介质膜，背光端面整片蒸镀高反射介质膜。在本公开实施例中，所述减反射介质膜的反射系数为0.1％～2％，所述高反射介质膜的反射系数为75％～95％。在本公开实施例中，所述脊型波导嵌在光子集成器件平面层的双沟之中，脊形波导的宽度1.5-8微米；高度1.0-2.0微米。在本公开实施例中，所述双沟的深度不及光子集成器件的有源层；该双沟的长度与集成器件单元等长，宽度4-10微米，深度1.0-2.0微米，脊波导的高度等于双沟的深度。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开单片光子集成器件整片制作结构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)摒弃了传统的巴条解理、装架镀膜和再解理测试的繁杂步骤，实现了光子集成器件的整片镀膜和测试筛选，大大降低了光子集成器件的制作和测试成本；(2)减少了集成器件单元的底面和端面反射光对在线测试数据的干扰；(3)减少了镀膜设备离子源与集成器件端面法线之间的镀膜倾角；(4)提高了集成器件单元的制作密度；(5)很好地保护了集成器件单元的脊形波导。附图说明图1为本公开实施例单片光子集成器件整片制作结构的俯视示意图；其为电吸收调制激光器(EML)的整片制作结构，由电吸收调制器与分布反馈激光器构成。图2为图1中相邻两列的两个集成器件单元-电吸收调制激光器单元的俯视示意图。图3为沿图1剖面线A-A’纵向解理两个集成器件单元(激光器段)的剖面示意图。图4为沿图1剖面线B-B’(脊形波导中间)横向解理三个集成器件单元的剖面示意图。图5为本公开实施例单片光子集成器件整片端面镀膜时倾角与凹槽长度和深度的关联示意图。图6为本公开实施例表面探测仪在单片光子集成器件表面接收光器件的发光量与凹槽长度的关联示意图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】1-集成器件单元；2-刻蚀凹槽；3-分布反馈激光器；4-电吸收调制器；5-脊形波导；6-双沟；7-出光端面；8-背光端面；9-减反射底面；10-有源区；11-电极隔离沟；12-方向标记和编码；13-表面探测仪；71-减反射介质膜；81-高反射介质膜；L-集成器件单元的长度及刻蚀凹槽的长度；H-刻蚀凹槽的深度；h-脊形波导的刻蚀深度；h1-有源发光层至顶层的厚度；θ-镀膜离子源出射方向与端面法线方向之间的倾角；θ1-远场半发散角；θ2-被脊形波导遮挡的远场发散光部分；θ3-表面探测仪接收到的远场发散光部分。具体实施方式本公开提供了一种单片光子集成器件整片制作结构，其整片制作结构，与面发射光子集成器件类似，完全摒弃了传统的巴条解理、装架镀膜和再解理测试的繁杂步骤，实现了光子集成器件的整片镀膜和测试筛选，大大降低了光子集成器件的制作和测试成本。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开实施例中，提供一种单片光子集成器件整片制作结构，如图1所示，所述单片光子集成器件整片制作结构，包括：多列相邻设置的集成器件单元组，每列集成器件单元组包括多个集成器件单元，每个集成器件单元包括两个光器件和刻蚀凹槽，所述两个光器件通过脊型波导串联；每列集成器件单元组中的集成器件单元与相邻列交错设置，使得在横向，一列集成器件单元的脊型波导与相邻列集成器件单元的刻蚀凹槽相对，或一列集成器件单元的刻蚀凹槽与相邻列集成器件单元的脊型波导相对。所述集成器件单元的刻蚀凹槽的长度和每个集成器件单元腔长相等；所述脊型波导嵌在平面层的双沟之中；所述双沟的长度与集成器件单元等长、宽度4-10微米、深度1.0-2.0微米；双沟的深度不及光子集成器件的有源层；所述脊形波导的宽度1.5-8微米、高度1.0-2.0微米，即等于双沟的深度。所述集成器件单元包括在InP、GaAs、GaN、SiC、A1N、ZnO衬底上制作的两种有源光器件组成的光子集成器件或有源与无源光器件组成的光子集成器件。所述有源光器件包括激光器、电吸收调制器、半导体光放大器、超辐射二极管、锁模激光器等光子器件；所述激光器包括法布里腔激光器、分布反馈激光器、窄线宽激光器和波长可调激光器等；所述无源光器件包括模斑转换器、光波导、光开关和隔离器等；所述刻蚀凹槽为长度150-1000微米、宽度30-60微米、深度4-5微米。刻蚀凹槽深度至光子集成器件有源层以下，刻蚀凹槽的底部为减反射底面、侧壁为垂直镜面。所述刻蚀凹槽底部为减反射底面指凹槽底部具有50-100纳米高度的减反射密集椎体。设定与集成器件单元腔长平行的水平方向为横向，与腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单片光子集成器件整片制作结构，包括：/n多列相邻设置的集成器件单元组，每列集成器件单元组包括多个集成器件单元，每个集成器件单元包括两个光器件和刻蚀凹槽，所述两个光器件通过脊型波导串联；/n每列集成器件单元组中的集成器件单元与相邻列交错设置，使得在横向，一列集成器件单元的脊型波导与相邻列集成器件单元的刻蚀凹槽相对，或一列集成器件单元的刻蚀凹槽与相邻列集成器件单元的脊型波导相对。/n

【技术特征摘要】
1.一种单片光子集成器件整片制作结构，包括：
多列相邻设置的集成器件单元组，每列集成器件单元组包括多个集成器件单元，每个集成器件单元包括两个光器件和刻蚀凹槽，所述两个光器件通过脊型波导串联；
每列集成器件单元组中的集成器件单元与相邻列交错设置，使得在横向，一列集成器件单元的脊型波导与相邻列集成器件单元的刻蚀凹槽相对，或一列集成器件单元的刻蚀凹槽与相邻列集成器件单元的脊型波导相对。


2.根据权利要求1所述的单片光子集成器件整片制作结构，所述集成器件单元的刻蚀凹槽的长度和每个集成器件单元腔长相等。


3.根据权利要求1所述的单片光子集成器件整片制作结构，所述集成器件单元包括在InP、GaAs、GaN、SiC、AlN或ZnO中任一衬底上制作的两种有源光器件组成的光子集成器件或有源与无源光器件组成的光子集成器件。


4.根据权利要求1所述的单片光子集成器件整片制作结构，所述刻蚀凹槽长度为150-1000微米，宽度30-60微米，深度4-5微米。


5.根据权利要求1所述的单片光子集成器件整片制作结构，所述刻蚀凹槽深度至光子...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永光，朱洪亮，王宝军，张瑞康，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11