[发明专利]一种硅基量子点光子晶体激光器及加工方法

说明书

本发明提供了一种硅基量子点光子晶体激光器及加工方法，该激光器结构包括依次层叠的：硅衬底层、缺陷抑制层、牺牲层、发光层和盖层。缺陷抑制层处在硅衬底层上，包括交替层叠的第一量子点层和三五族缓冲层，与硅衬底层接触的为第一量子点层，与牺牲层接触的为三五族缓冲层，牺牲层为中空结构，发光层包括交替层叠的第二量子点层和间隔层以及包覆层，与牺牲层和包覆层接触的均为间隔层，发光层为空气孔结构。该激光器采用在硅衬底层上生长量子点层做为激光器的增益介质,从而制备硅基直接生长的高密度集成的三五族激光器的方法，使激光器具有体积小，重量轻，工作稳定可靠的特点。

技术领域

本发明涉及光通讯激光技术领域，具体而言，涉及一种硅基量子点光子晶体激光器及加工方法。

背景技术

硅光子技术是一种基于硅的光通讯技术。然而由于硅本身属于一种间接带隙的无机半导体材料，其发光性能相对直接带隙的无机半导体材料差很多。目前基于硅的激光器主要以硅基拉曼激光器为主，然而硅基拉曼激光器的强度较弱，同时对于制备的工艺要求高，因此，硅光芯片上的激光光源通常为外部耦合的激光器，比如波导型(FP)激光器，分布式反馈(DFB)激光器，垂直腔面(VCSEL)发射激光器。直接带隙的无机半导体材料(比如InGaP、InAs等)通常做为无机半导体激光器的有源区发光介质。硅光子芯片的激光器通过对准或粘贴(bonding)的方式耦合到硅芯片中，然而，这种耦合方式会增加激光器与硅芯片的制备成本。而且，FP激光器、DFB激光器与VCSEL激光器的器件尺寸较大，不利于大面积，高密度集成的硅基光芯片。

为了解决硅芯片集成激光器的困难，有人提出一种硅基直接生长三五族发光材料的外延方式来制备硅基激光器，通过对硅衬底的处理，比如在斜切(off-cut)的硅衬底，图形化的硅衬底(V-groove Si)，及与CMOS工艺兼容的Si(001)晶面衬底上生长无机量子点或量子阱做为激光器的增益介质,从而制备硅基直接生长的三五族激光器。因为硅和三五族晶格不匹配，热传导系数差异大等因素，相比较于斜切的硅衬底及图形化的硅衬底，与CMOS工艺相兼容的Si(001)晶面上直接生长三五族发光层更具有挑战。目前，虽然硅基FP激光器，硅基DFB激光器等被研制出来，但是这种大尺寸的硅基激光器不利于大面积，高密度集成的硅光子芯片。

发明内容

本发明旨在提供一种硅基量子点光子晶体激光器及加工方法以解决现有硅基激光器不利于制作在大面积、高密度集成的硅光子芯片中的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用如下的技术方案，包括：

一种硅基量子点光子晶体激光器，包括依次层叠的硅衬底层、缺陷抑制层、牺牲层、发光层和盖层：

缺陷抑制层处在所述硅衬底层上，包括交替层叠的第一量子点层和三五族缓冲层，并且与硅衬底层接触的为第一量子点层，与牺牲层接触的为三五族缓冲层；

牺牲层为中空结构；

发光层包括交替层叠的第二量子点层和间隔层以及包覆层，与牺牲层和包覆层接触的均为间隔层，发光层为空气孔结构。

进一步的，第一量子点层为InAs量子点层。

进一步的，缺陷抑制层包括4层所述第一量子点层。

进一步的，三五族缓冲层为GaAs层。

进一步的，与牺牲层接触的三五族缓冲层的厚度取值范围为500nm-700nm，其余的三五族缓冲层的厚度取值范围为700nm-900nm。

进一步的，牺牲层材料为Al_XGa_1-XAs，其中，X的取值范围为0.6-0.96。

进一步的，牺牲层的厚度取值范围为600nm-1000nm。

进一步的，第二量子点层为InAs量子点层，间隔层为GaAs层。