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专利号: 2022113362575
申请人: 无锡学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2025-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种激光泵浦铌酸锂波导光子集成器件,其特征在于,由p型衬底(4)、边发射激光器(22)、LNOI光波导激光器(21)、p面电极(20)和n面电极(19)组成,其中,p型衬底(4)上方从左到右依次溅射p面电极(20)、键合边发射激光器(22)和LNOI光波导激光器(21),n面电极(19)溅射在边发射激光器(22)表面;

所述LNOI光波导激光器(21)从上到下依次为光刻胶、铌酸锂衬底(1)和SiO2层(2),在铌酸锂衬底(1)内注入一层离子注入损伤层(3),条形波导结构图案(25)通过光刻胶刻蚀在铌酸锂衬底(1)表面,所述条形波导结构图案(25)中含有铌酸锂波导(7),后向光栅(10)和前向光栅(11)透过条形波导结构图案(25)两端刻蚀在铌酸锂衬底(1)内,在铌酸锂衬底(1)中注入稀土离子使稀土离子分散在铌酸锂衬底(1)中,并在左侧设有端面(24);

所述边发射激光器(22)在右侧设有出光口(23),出光口(23)对着LNOI光波导激光器(21)中的端面(24),使边发射激光器(22)出射的激光泵浦稀土离子能级跃迁发出的光子在前向光栅(11)和后向光栅(10)内发射。

2.根据权利要求1所述光子集成器件,其特征在于,所述条形波导结构图案(25)从左到右依次为铌酸锂波导输入端(9),第二锥形过渡波导(8),铌酸锂波导(7),第一锥形过渡波导(6),铌酸锂波导输出端(5);其中后向光栅(10)刻蚀在第一锥形过渡波导(6)左侧,前向光栅(11)刻蚀在第二锥形过渡波导(8)右侧。

3.根据权利要求2所述光子集成器件,其特征在于,所述铌酸锂波导(7)和铌酸锂波导输入端(9)的长度L2为≥20μm,宽度w为200nm~1000nm,第一锥形过渡波导(6)和第二锥形过渡波导(8)的长度L1为≥20μm,宽度M为0.5μm~100μm。

4.根据权利要求1所述光子集成器件,其特征在于,所述边发射激光器(22)从上到下依次溅射n面电极(19),沉积n型衬底(4’)、n型缓冲层(12)、n型限制层(13)、n型波导层(14)、量子阱有源区(15)、p型波导层(16)、p型限制层(17)和p型接触层(18)。

5.根据权利要求1所述光子集成器件,其特征在于,所述稀土离子为镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪或钇离子。

6.根据权利要求1所述光子集成器件,其特征在于,所述p型衬底(4)和n型衬底(4’)中的衬底为砷化镓衬底、硅衬底、蓝宝石衬底、金刚石衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底或磷化铟衬底等。

7.根据权利要求1所述光子集成器件,其特征在于,所述铌酸锂衬底(1)的厚度为0.1~10μm。

8.权利要求1~7任一所述集成器件的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:

S1.采用等离子体化学气相沉积法或者磁控溅射法在铌酸锂衬底(1)上沉积一层SiO2层(2),利用离子注入法通过SiO2层(2)向铌酸锂衬底(1)内注入氦离子形成离子注入损伤层(3);

S2.采用化学机械抛光工艺对SiO2层(2)表面进行抛光,使SiO2层(2)表面粗糙度降低至1nm以下后,键合至p型衬底(4)上得到晶圆键合对,键合过程为:先采用等离子体对p型衬底(4)和SiO2层(2)表面进行轰击活化,然后将p型衬底(4)键合到SiO2层(2)上得晶圆键合对;

S3.将晶圆键合对退火,使离子注入损伤层(3)上方的铌酸锂衬底(1)剥离,剥离完毕后,对铌酸锂衬底(1)进行抛光,抛光后,向铌酸锂衬底(1)中注入稀土离子;

S4.对抛光后的铌酸锂衬底(1)上涂覆一层光刻胶,然后在光刻胶的表面进行曝光,将条形波导结构图案(25)通过光刻转移到光刻胶上,再通过电子束光刻技术结合电感耦合等离子体刻蚀机将条形波导结构图形(25)刻蚀到铌酸锂衬底(1)上;

S5.采用飞秒激光透过条形波导结构图案(25),在铌酸锂衬底(1)内刻蚀后向光栅(10)和前向光栅(11)得LNOI光波导激光器(21);

S6.采用金属有机物化学气相沉积法依次在n型衬底(4’)上外延生长n型缓冲层(12)、n型限制层(13)、n型波导层(14)、量子阱有源区(15)、p型波导层(16)、p型限制层(17)以及p型接触层(18),外延生长完毕后,对p型接触层(18)进行抛光,使得p型接触层(18)的表面粗糙度降低至1nm以下,在反射端面和出射端面分别蒸镀高反膜和增透膜得边发射激光器(22);

S7.将边发射激光器(22)键合到p型衬底(4)上,所述边发射激光器(22)的出光口(23)对准LNOI光波导激光器(21)的端面(24);在p型衬底上溅射p面电极(20),n型衬底上溅射n面电极(19)即得。

9.根据权利要求8所述制备方法,其特征在于,在步骤S4中,所述光刻时,在铌酸锂衬底上放置一层掩膜版,光刻完成后进行显影、坚膜,最终形成脊型波导。

10.权利要求1~7任一项所述光子集成器件在作为芯片中的应用。