【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体激光器，尤其涉及一种光脉冲神经元及其制备方法。
技术介绍
1、在人工智能、5g、物联网等应用爆发的背景下，大量专业对信息处理的需求剧增，对芯片算力以及内存的要求呈指数级增长，然而目前集成电路的发展进入了后摩尔定律时期，传统晶体管正在逼近物理极限，遭遇了发展的瓶颈。神经形态计算（neuromorphiccomputation）作为一种非冯·诺伊曼范式的计算架构将进一步提高算力。目前光子神经形态计算相比电子计算具有计算速度快，能耗低的优点，但仍然存在不足。
2、半导体激光器可以实现非线性类神经元激活函数，作为光神经元，成为光子神经形态计算中的重要器件，但是仍然存在着一些缺陷。基于法布里-珀罗谐振腔-饱和吸收体激光器（fp-sa）的光脉冲神经元在通过窄带宽器件时会产生信息丢失；基于微环微柱激光器的光脉冲神经元输出功率低，需要额外的光放大；基于分布反馈-饱和吸收体激光器（dfb-sa）和可兴奋激光器的光脉冲神经元，需要二次外延存在着工艺复杂，成本高的问题，不利于大规模的生产和应用；基于相变材料的光神经元存在级联性的问题。因此，对低成本、单模、高功率以及响应快的光脉冲神经元的研究成为一个重要课题。
技术实现思路
1、（一）要解决的技术问题
2、为解决现有技术中光脉冲神经元所出现的上述技术问题至少之一，本公开的实施例提供了一种光脉冲神经元及其制备方法，通过对光脉冲神经元的两个区域独立注入电流，其中，向增益区注入正向电流，向饱和吸收区注入反向电流，使得光脉
3、（二）技术方案
4、针对上述技术问题，本公开的实施例提出一种光脉冲神经元及其制备方法。
5、根据本公开的第一个方面提供了一种光脉冲神经元，包括：外延层；脊波导层，位于外延层上，脊波导层包括沿长度方向依次设置的第一脊波导区、一维光子晶体区、第二脊波导区、电隔离区和第三脊波导区，其中，电隔离区用于将电隔离区两侧的区域进行电隔离，以使电隔离区两侧的区域能够独立地注入电流。
6、在一些示例性的实施例中，位于电隔离区一侧的第一脊波导区、一维光子晶体区、第二脊波导区以及外延层构成光脉冲神经元的增益区，用于给光脉冲神经元提供光增益和选择特定的单纵模激射；以及位于电隔离区另一侧的第三脊波导区以及外延层构成光脉冲神经元的饱和吸收区，用于对激光进行饱和吸收产生脉冲。
7、在一些示例性的实施例中，饱和吸收区和增益区能够独立地注入电流，其中，饱和吸收区注入反向电流，用于降低所述饱和吸收区的载流子寿命；以及增益区注入正向电流，用于给光脉冲神经元提供电流以产生光增益。
8、在一些示例性的实施例中，增益区的长度不少于光脉冲神经元的总腔长的85%；以及饱和吸收区的长度为光脉冲神经元的总腔长的3%-15%。
9、在一些示例性的实施例中，一维光子晶体区和电隔离区的深度不大于脊波导层的厚度；以及一维光子晶体区的深度大于电隔离区的深度。
10、在一些示例性的实施例中，一维光子晶体区的周期数为10-20；和/或一维光子晶体区包括表面低阶光栅、表面高阶光栅或取样光栅中的一种。
11、在一些示例性的实施例中，外延层包括：n型外延层；有源区，位于n型外延层上；以及p型外延层，位于有源区远离n型外延层的一侧，其中，脊波导层位于p型外延层远离n型外延层的一侧。
12、在一些示例性的实施例中，光脉冲神经元还包括：二氧化硅绝缘层，覆盖p型外延层和脊波导层远离n型外延层的表面的至少一部分，以及脊波导层的侧面；p面金属，覆盖二氧化硅绝缘层和脊波导层远离n型外延层的表面，且p面金属与脊波导层接触；以及n面金属，位于n型外延层远离脊波导层的一侧。
13、本公开的第二方面提供了一种光脉冲神经元的制作方法，该方法包括以下步骤：在外延层的p型外延层上生长二氧化硅掩膜层；对生长的二氧化硅掩膜层进行光刻并刻蚀形成所需转移的图形；基于二氧化硅掩膜层刻蚀p型外延层，在p型外延层的上表面形成脊波导层，其中，脊波导层包括沿长度方向依次设置的第一脊波导区、一维光子晶体区、第二脊波导区、电隔离区和第三脊波导区，电隔离区用于将电隔离区两侧的区域进行电隔离，以使电隔离区两侧的区域能够独立地注入电流。
14、在一些示例性的实施例中，外延层包括：n型外延层；有源区，位于n型外延层上；以及p型外延层，位于有源区远离n型外延层的一侧。
15、在一些示例性的实施例中，该方法还包括以下步骤：在p型外延层和脊波导层远离n型外延层的表面，以及脊波导层的侧面生长二氧化硅绝缘层，光刻并刻蚀形成电流注入窗口；在二氧化硅绝缘层远离n型外延层的表面以及电流注入窗口内生长p面金属；将外延层的n型外延层减薄磨抛，并生长n面金属；以及划片解理封装外延层和脊波导层，得到光脉冲神经元。
16、（三）有益效果
17、从上述技术方案可以看出，本公开实施例提供的一种光脉冲神经元及其制备方法，至少具有如下有益效果：
18、（1）通过对光脉冲神经元的两个区域独立注入电流，其中，增益区注入正向电流，饱和吸收区注入反向电流，使得光脉冲神经元的两个区域协调工作，相互配合，从而在一个光脉冲神经元上能够实现脉冲编码与频率编码等神经元特性。
19、（2）该光脉冲神经元的制备过程无需二次外延和电子束曝光等复杂昂贵的工艺，仅采用基于普通光刻技术的光电子工艺即可实现，具有制作成本低以及制作工艺简单的特点。
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1.一种光脉冲神经元，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光脉冲神经元，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的光脉冲神经元，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的光脉冲神经元，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的光脉冲神经元，其特征在于，
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7.根据权利要求1所述的光脉冲神经元，其特征在于，所述外延层包括：
8.根据权利要求7所述的光脉冲神经元，其特征在于，所述光脉冲神经元还包括：
9.一种光脉冲神经元的制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，
【技术特征摘要】
1.一种光脉冲神经元，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的光脉冲神经元，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的光脉冲神经元，其特征在于，
4.根据权利要求2所述的光脉冲神经元，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的光脉冲神经元，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑婉华，孙光亮，王海玲，陈宁宁，
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：
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