硅基激光器是用于硅基光子集成芯片的重要器件,为硅基光电子集成芯片提供光源。然而,由于硅材料本身的缺陷,很难用于实现硅基红外光源。因此,如何实现硅基激光器是硅基光子学的研究热点之一。
目前,硅基激光器主要有三个技术方向:1.将半导体激光器封装在Laser-Box中,通过光栅耦合器耦合进硅波导中;2.将III-V族的DFB芯片倒装焊(flip-chip)在SOI晶圆上,将光通过端面耦合进硅波导;3在SOI晶圆键合III-V族材料,然后再制作激光器,通过倏逝波耦合将光耦合进硅波导。
方案1以Luxtera为代表,通常在实用中需要定制大功率的激光器芯片。参考图1。
图1 、Luxtera开发的硅基激光器
方案2,欧洲和日本的研究单位研究的较深入,它将III-V族的DFB芯片通过端面耦合到SOI的光回路中。在工艺方面,这种方案对于DFB芯片波导和Si波导对准及端面反射的要求非常严格,通常要求对准精度<±0.5μm,这对倒装焊设备的要求非常高。参考图2。
图2、 德国Fraunhofer实验室制作的
方案3,主要以Intel为代表,将III-V材料通过wafer-bonding的方式键合在SOI晶圆上,利用硅波导制作光栅,实现单模输出,可以较容易地在同一个芯片上制作不同波长的激光器。参考图3。
图3 、Intel和UCSB合作开发的基于wafer-bonding技术的硅激光器
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