[发明专利]具有简化构造的单模硅基III-V族混合激光器

说明书

本发明涉及一种激光装置，包括：III‑V族异质结构放大介质(1，QW，2)；硅光波导(3，4)，包括面向放大介质中心部分的耦合段(71)、传播段(74)和布置在耦合段(71)和传播段(74)之间的第一过渡段(72)；第一和第二反射结构(Mf，Mr)，允许在它们之间形成用于放大介质的法布里‑珀罗型谐振腔。耦合段(71)包括设置有通过减小耦合段的厚度和/或宽度设计的微反射器的折射率干扰区域(71)。第一反射结构(Mf)形成在波导的具有第一厚度的段中。第二反射结构(Mr)形成在波导的具有第一厚度且通过波导的第二过渡段(73)与耦合段(71)分隔开的一段(75)中，第二过渡段(73)具有大于第一厚度的第二厚度。

技术领域

本发明的领域是集成光子组件的领域，其使用能够发光的半导体材料的特性和集成电路中常规使用的半导体材料的特性。

本发明更具体地涉及硅基混合激光器，其包括III-V族异质结构放大介质。

背景技术

硅基III-V族混合激光器通常包括：

-增益结构，其包括至少一个III-V族异质结构光放大介质，该异质结构能够发光并且布置为覆盖一段硅波导以与其形成混合波导段，

-光反馈结构，用于为放大介质形成谐振腔，和

-在混合波导段和其他硅波导段，特别是激光发射的光传播段之间的光过渡。

术语“III-V族异质结构”是指可使用选自以下非详尽列表的材料：InP、GaAs、InGaAlAs、InGaAsP、AlGaAs、InAsP。这种放大介质(也称为增益介质)的异质结构可以包括各种层的堆叠，例如形成夹在第一掺杂层(优选为N型掺杂)和第二掺杂层(优选为P型掺杂)之间的量子阱的层的堆叠。

在分布式反馈激光器(即DFB激光器)的情况下，光反馈结构由分布式反射器构成，例如布拉格光栅，在增益结构之下或之中，形成波长选择镜。在分布式布拉格反射器激光器(即DBR激光器)的情况下，光反馈结构由在混合波导段两侧布置在波导中的反射器组成。

图1示出了DFB激光器的简化俯视图，该俯视图随附有横向于光传播方向截取的三个截面，示出激光器的不同区域。

DFB激光器包括III-V族异质结构放大介质，例如形成的夹在N型掺杂InP层1和P型掺杂InP层2之间的量子阱的堆叠QW。由层1和层2以及量子阱堆叠QW形成的夹层厚度通常在2到3μm之间。激光器包括硅光波导。例如，其包括脊形波导，脊形波导包括由脊部4覆盖的平板波导3。波导包括面向放大介质的中心部分的耦合段41、布置在耦合段41两侧的两个过渡段42、43、以及分别光耦合到过渡段42、43中的一个的两个传播段44、45。过渡段42、43的尺寸设计成使得在耦合段41和相应的传播段44、45之间几乎没有传输损耗和反射率。如现有技术已知的，用于此目的的脊形波导3、4较厚(平板3和脊部4的累积厚度因此通常大于或等于400nm，或500nm)，并且过渡段42、43比传播段44、45宽(对于500nm的厚度，通常为400nm的宽度)。布拉格光栅形成在耦合段41中以提供光反馈。来自激光器腔的光因此与硅波导耦合并在输出处沿着箭头F1和F2从传播段44、45中的每一个传播。

布拉格光栅通常是通过在脊部4中以周期蚀刻一阶四分之一波结构而形成，其中λ_m0是真空中的波长，n_eff是混合波导的有效指数(AA截面)。布拉格光栅可以设计成通过在耦合段的中心引入S段作为四分之一波型相位跳跃来执行激光装置的单模操作。对于1310nm的真空波长λ_m0和约3.25的标准指数n_eff，布拉格光栅的周期通常约为200nm。这种光栅的制造需要高分辨率的光刻，因此控制仍然相对复杂。