專利名稱：損耗調(diào)制式硅倏逝波激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地涉及半導(dǎo)體器件，具體地，涉及損耗調(diào)制式硅倏逝波激光器(lossmodulated silicon evanescent lasers)。
2.
背景技術(shù)：
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體芯片級鍵合器件(semiconductorchip level bonded devices)在一些客戶和商業(yè)應(yīng)用中的用途。通常，半導(dǎo)體器件是由單一類型的材料制成，或者不同類型的材料生長于基于晶格匹配和可兼容晶體結(jié)構(gòu)的襯底上。囚此，由元素周期表中III族和V族元素的半導(dǎo)體材料(II1-V族材料)制成的器件通常生長在砷化鎵或其它復(fù)合半導(dǎo)體襯底上，而硅器件則在硅襯底上生長或制備。由于硅與II1-V族材料之間的晶格失配以及不兼容的晶體結(jié)構(gòu)，使得基于II1-V族材料的器件難以與制備于硅上的電子器件集成在一起。光發(fā)射器是所有光通信系統(tǒng)中最重要的組件之一。通常，光發(fā)射器由周期表中III族和V族元素的半導(dǎo)體材料(II1-V族材料)，例如，砷化鎵(GaAs)制備而成。通常使用這些材料是囚為硅(Si，其通常用于電子通信系統(tǒng))具有致使硅成為不良光子(光)發(fā)射器的間接能帶隙，使得硅在光發(fā)射應(yīng)用中表現(xiàn)不夠好。硅的間接能帶隙和由此導(dǎo)致的不良光發(fā)射限制了電泵浦Si基激光器的實現(xiàn)，所述Si基激光器屬于光發(fā)射器和Si基光通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素之一。硅是首選的半導(dǎo)體材料，囚為硅易于通過各種方式進行加工，易于以合理成本高品質(zhì)地得到，并且易于用硅獲得用于通信系統(tǒng)的復(fù)雜的配套電子電路。近年來，由于硅在低成本光電方案中的潛力，已經(jīng)對硅光子器件(例如，發(fā)出光子的硅器件)進行了廣泛的研究。由于娃光子器件在制備方面，尤其在互補金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)工藝方面,與娃基電子器件兼容，囚此其對于設(shè)備成本的降低超過了 II1-V族材料。最近，已經(jīng)證明結(jié)合了 II1-V族有源區(qū)域及硅光波導(dǎo)的混合結(jié)構(gòu)可作為用于電泵浦Si基激光器的解決方案。這種器件具有諸多理想特性，包括在溫度高達105°C下的連續(xù)波激光輸出(發(fā)射激光)、高達30W的連續(xù)波輸出功率以及40Gbit/s的鎖模(modelocking) o這種混合了 II1-V族元素與娃的“倏逝”(“evanescent”)結(jié)構(gòu)包括與絕緣體上娃(Silicon-on-1nsulator, SOI)晶圓相鍵合的II1-V族元素量子講區(qū)域,且光波導(dǎo)由Si層上的溝槽限定。通過這種方式，混合結(jié)構(gòu)的運行類似倒脊型波導(dǎo)(inverse ridgewaveguide)。這種器件之所以稱為“倏逝”是由于，隨著器件的光學(xué)模(optical mode)跨越II1-V族元素/硅邊界，在鍵合之后器件內(nèi)的II1-V族元素結(jié)構(gòu)與硅結(jié)構(gòu)之間的過渡趨于消失。雖然目前能夠?qū)崿F(xiàn)這種激光器，但對于要依托該器件來實現(xiàn)的光發(fā)射器而言，還期望對光信號的高速調(diào)制。對于這個問題，簡便方法是直接調(diào)制注入的泵浦電流(pumpcurrent),但是隨著注入電流的增加,消光比(extinction ratio)減小，囚此限制了能夠施加的注入電流量。此外，直接調(diào)制在速度上通常受限為小于10GHz，并且由于直接調(diào)制引起的波長“啁啾(chirp)”，限制了直接調(diào)制信號的傳輸距離。電流的直接調(diào)制還改變了激光器增益(其導(dǎo)致激光器的光輸出改變)，在通信系統(tǒng)中上述這些都不是理想的器件特性。還對外部調(diào)制器進行評估，以確定調(diào)制速率和傳輸距離的擴展。現(xiàn)已證明，歸屬于大(毫米尺寸)設(shè)備的馬赫-曾德爾干涉儀(MZI)調(diào)制器通過增加波導(dǎo)中的載流子耗盡從而增加調(diào)制速率和傳輸距離，所述波導(dǎo)引入了快速折射率調(diào)制。然而，由于這種調(diào)制器相對較大的尺寸，其難于與硅和/或混合器件集成在一起。由此可見，本領(lǐng)域中需要一種能夠用在光傳輸系統(tǒng)中的硅基激光器。還可以看出，本領(lǐng)域中還需要硅基激光器與調(diào)制器之間的集成。同樣能夠看出，本領(lǐng)域中還需要能夠更簡便地與半導(dǎo)體激光器件集成在一起的調(diào)制技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
為了使現(xiàn)有技術(shù)的限制最小化，并且為了使在閱讀并理解本發(fā)明說明書后隨之清楚的其它限制最小化，本發(fā)明提供用于制備調(diào)制損耗的激光器(loss-modulating lasers)以及損耗調(diào)制式激光器件(loss-modulated laser devices)的方法。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，包括:駐留在第一襯底上的絕緣體上半導(dǎo)體(semiconductor-on-1nsulator, S0I)結(jié)構(gòu),所述SOI結(jié)構(gòu)包括所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的波導(dǎo)，和與所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層鍵合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述SOI結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域控制所述半導(dǎo)體激光器件中的光子壽命。所述器件還任選地包括:所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域，所述至少一個區(qū)域為毗鄰所述波導(dǎo)的至少一個摻雜區(qū)域，所述毗鄰所述波導(dǎo)的至少一個摻雜區(qū)域為位于所述波導(dǎo)的第一側(cè)面上的n型摻雜區(qū)域和位于所述波導(dǎo)的第二側(cè)面上的p型摻雜區(qū)域；所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)模，其駐留在所述半導(dǎo)體層中以及所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分中；所述n型摻雜區(qū)域和所述p型摻雜區(qū)域控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的分布損耗，并且所述至少一個摻雜區(qū)域控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中的分布損耗。所述器件還任選地包括:所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域，所述至少一個區(qū)域為連接至所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的增益區(qū)域的光反饋線路；調(diào)制部，其連接至所述光反饋線路，用于控制對所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的所述增益區(qū)域的光反饋，所述調(diào)制部控制所述光反饋線路上信號的相位和振幅中的至少一個，并且所述光反饋線路控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的反饋系數(shù)，以對所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件進行調(diào)制。一種用于制備根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的方法，包括:在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)中形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和調(diào)制結(jié)構(gòu)，將所述調(diào)制結(jié)構(gòu)與所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合，并且將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鍵合于所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其中所述調(diào)制結(jié)構(gòu)控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器的光學(xué)腔中的光子壽命。所述方法還任選地包括:所述調(diào)制結(jié)構(gòu)經(jīng)由光反饋線路與所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合；所述調(diào)制結(jié)構(gòu)為所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個摻雜區(qū)域，并且所述調(diào)制結(jié)構(gòu)控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的分布損耗和反饋系數(shù)中的至少一個。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一種半導(dǎo)體激光器，包括:包含半導(dǎo)體層的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)區(qū)域，所述半導(dǎo)體層包括波導(dǎo)區(qū)域和調(diào)制區(qū)域；和III族-V族(II1-V)區(qū)域，其鍵合于所述SOI區(qū)域的半導(dǎo)體層，其中所述調(diào)制區(qū)域通過控制所述半導(dǎo)體激光器中的光子壽命來調(diào)制所述半導(dǎo)體激光器的輸出。所述激光器還任選地包括:半導(dǎo)體激光器，其運行于光傳輸系統(tǒng)中；所述調(diào)制區(qū)域為所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個摻雜區(qū)域，所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層包含硅，所述調(diào)制區(qū)域控制光反饋線路的相位延遲，并且所述調(diào)制區(qū)域控制所述光反饋線路的振幅。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一種半導(dǎo)體激光器件，包括:具有光學(xué)腔的第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中對所述半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中的損耗進行調(diào)制。所述半導(dǎo)體激光器件還任選地包括:使用連接至所述光學(xué)腔的鏡子對所述光學(xué)腔中的損耗進行調(diào)制，通過調(diào)節(jié)所述鏡子的有效反射率來調(diào)制所述光學(xué)腔中的損耗；通過連接至所述光學(xué)腔的第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)來調(diào)制所述光學(xué)腔中的損耗，其中所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的光與所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的光相干涉；以及所述半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)模延伸到與所述第一波導(dǎo)耦合的第二波導(dǎo)中，并且通過調(diào)制所述第二波導(dǎo)的損耗來調(diào)制所述光學(xué)腔中的損耗。根據(jù)下文的詳細描述及其附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員將明了本發(fā)明所公開的系統(tǒng)的其它內(nèi)在特征及優(yōu)點。


現(xiàn)在參考附圖，其中相同的附圖標記在全文中表示同一部件。圖1示出相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中混合結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2示出本發(fā)明的損耗調(diào)制式混合激光器實施例的截面圖；圖3示出圖2所示的本發(fā)明實施例中的電流和光學(xué)模；圖4示出本發(fā)明的又一損耗調(diào)制式混合激光器實施例；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的T p調(diào)制式激光器經(jīng)計算的頻率響應(yīng)；圖6A示出電流大于根據(jù)本發(fā)明制備的器件的閾值的平方根對應(yīng)的3dB帶寬；圖6B示出用于根據(jù)本發(fā)明制備的％調(diào)制式激光器的仿真可視圖形；以及圖7示出根據(jù)本發(fā)明的加工流程圖。
具體實施方式
如下描述將參考附圖，附圖構(gòu)成本發(fā)明一部分并且通過示例的方式示出本發(fā)明若干實施例。應(yīng)當(dāng)理解，也可采用本發(fā)明的其它實施例，并且在不背離本發(fā)明范圍的情況下可進行結(jié)構(gòu)上的變化。MM本發(fā)明描述了混合硅倏逝波激光器的直接調(diào)制。本發(fā)明并非改變激光器的電流，而是將電流保持在相對固定的量，并且調(diào)制激光腔損耗。這種方法允許更快的輸出調(diào)制，也允許對激光輸出的照明均勻性(也稱為“碼型效應(yīng)”(“pattern effect”))和激光輸出中的激光輸出頻率變化(“啁啾”)進行控制。在本發(fā)明的損耗調(diào)制方法的范圍中，還能夠改變增益和/或注入電流以補償輸出，從而實現(xiàn)穩(wěn)定性并降低不期望的輸出效果。本發(fā)明還考慮通過緊湊型內(nèi)部調(diào)制器來調(diào)制激光器，其以比現(xiàn)有技術(shù)更為簡便的集成法來實現(xiàn)緊湊型硅基光發(fā)射器。通過本發(fā)明闡述的技術(shù)，改變了激光腔中的光子壽命，從而實現(xiàn)高調(diào)制速率，并且相對于在先設(shè)計的系統(tǒng)和器件將光發(fā)射頻率的變化降至最小。通過本文所描述的技術(shù)降低發(fā)射器中出現(xiàn)的啁啾，本發(fā)明穩(wěn)定了功率輸出并囚此允許更長的傳輸距離，與此同時為信號傳輸提供了可獲得的附加帶寬，否則，所述附加帶寬在光學(xué)系統(tǒng)中的防護頻帶或其它信道的寬度設(shè)定事項上還將需要。隨著低啁啾系統(tǒng)中誤碼率的降低，低啁啾系統(tǒng)還允許更高的數(shù)據(jù)吞吐量。雖然本文結(jié)合了具體的III族和V族(II1-V)材料，例如，磷化銦(InP)、銦鎵砷化物(InGaAs)等進行描述，根據(jù)本發(fā)明也能夠使用II1-V族范圍內(nèi)的其它二元、三元、四元、或其它的組合材料，以及I1-VI族或其它材料。圖1示出相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域中的混合結(jié)構(gòu)。圖1示出了器件100，且絕緣體上硅(SOI)區(qū)域102與III族-V族(II1-V)區(qū)域104在鍵合界面106處鍵合。SOI區(qū)域通常包括硅襯底108、隱埋氧化層110和硅層112，所述硅層112在器件100中作為硅波導(dǎo)層112。然而，在本發(fā)明范圍內(nèi)還能夠使用其它材料或材料平臺(material platform)。在不背離本發(fā)明范圍的情況下,襯底108能夠由所期望的非娃材料制成。硅波導(dǎo)112具有一個或多個縫隙114，使得波導(dǎo)116位于縫隙114之間。器件100內(nèi)的光信號沿著光波導(dǎo)116傳播，并且器件的光學(xué)模通常包含在波導(dǎo)116內(nèi)。損耗調(diào)制本發(fā)明調(diào)制了光子壽命％。通過這種經(jīng)由壽命調(diào)制的激光輸出控制方法，本發(fā)明實現(xiàn)了高速調(diào)制以及低啁啾。原理和機構(gòu)本發(fā)明中存在幾種修改激光中的光子壽命Tp的方式。本發(fā)明通過改變?nèi)核俣萔g、諧振腔長度1、反饋系數(shù)R和分布損耗ct (distributed loss)中的一個或多個來改變光子壽命。在這些方法中，有兩種簡單且有效的方式來修改分布損耗a及反饋系數(shù)R。本發(fā)明對應(yīng)于修改a和R，闡述兩種方法。圖2示出本發(fā)明的損耗調(diào)制式混合激光器實施例。圖2示出了器件200，并且在硅層112內(nèi)，n型摻雜區(qū)域202和p型摻雜區(qū)域204布置在縫隙114下面。這允許器件200 (其還稱為％調(diào)制式混合IIIV-Si倏逝波激光器200)修改器件200內(nèi)的分布損耗a。添加物區(qū)域202和204在器件200內(nèi)產(chǎn)生附加p_n結(jié)。由層120和層124在II1-V族元素臺面(II1-V mesa) 132產(chǎn)生的PN結(jié)用作向增益部件的電荷注入器(泵)。由區(qū)域202和204產(chǎn)生的位于SOI脊部206兩側(cè)的第二 PN結(jié)具有橫跨區(qū)域202和204施加的外部信號，使得區(qū)域202和204通過消耗SOI脊部206中的載流子密度來提供調(diào)制信號。實際上，區(qū)域202和204用作器件200內(nèi)的器件200的調(diào)制部。通過器件200的上述結(jié)構(gòu),本發(fā)明提供基于微環(huán)諧振腔(micro-ring cavity)或法布里-珀羅(FP)腔方法的高速混合激光調(diào)制器。如有必要，只要摻雜區(qū)域202或204其中一個，例如摻雜區(qū)域202，就能用于在波導(dǎo)內(nèi)提供調(diào)制，但是這種方法可能不提供均勻場并且可能不如兩個區(qū)域202和204或多個區(qū)域那樣可操控。從p型接觸件130到n型接觸件134的電流被引導(dǎo)經(jīng)由質(zhì)子注入?yún)^(qū)208穿過敷層126和SCH層124。清楚起見，圖3示出器件200的電流210和光學(xué)模212。圖4示出本發(fā)明的又一損耗調(diào)制式混合激光器實施例。器件400以俯視圖示出，且示出增益部件402，反饋線路404以及調(diào)制部406。增益部件類似于圖2和3所示的部件，其中p型接觸件130、p-1nGaAs層128和n_InP層120在II1-V族元素臺面中可見，n型接觸件134還示出為圍繞在該II1-V族元素臺面周圍，并且硅層112從頂部透視圖中同樣可見。在器件400內(nèi)，反饋線路404 (在硅層112中)成為穿過增益區(qū)域402的微環(huán)光反饋線路，增益區(qū)域402提供類似于用在相關(guān)技術(shù)中的微環(huán)激光器結(jié)構(gòu)的增益。通過修改調(diào)制部406中反饋線路404上光波的相位延遲和/或振幅，而修改了反饋系數(shù)R，并因此在器件400中獲得Tp調(diào)制。相位延遲和/或振幅能夠通過如下方式修改:例如，將PN結(jié)布置在硅層112中，并且如同上文關(guān)于區(qū)域202和204的描述那樣注入/耗盡PN結(jié)中的載流子；通過將例如II1-V族元素層的電吸收部件布置在硅層112頂部上，能夠修改如下區(qū)域中的載流子密度并因此改變器件400的吸收率以及器件400的折射率:所述區(qū)域為通過注入或耗盡II1-V族元素層中載流子來配置光場的區(qū)域；以及將光電材料與硅光導(dǎo)結(jié)合，其中將電場增加到光電材料中將 改變光電材料的折射率，并因此調(diào)制光導(dǎo)中光的相位。這種結(jié)構(gòu)可用于本文所描述的混合II1-VSi平臺器件中，以及用于例如InGaAsP激光器的基于其它材料平臺中。經(jīng)測暈及計算的器件特性圖5示出根據(jù)本發(fā)明的T p調(diào)制式激光器的經(jīng)計算的頻率響應(yīng)。曲線圖500示出了分貝對頻率的、關(guān)系為101og[s( )s(0)]的小信號建模圖，其顯示了本發(fā)明的器件200-400的頻率響應(yīng)。不同的e值對應(yīng)于I = 5Ith(Ith為器件的電流閾值)以及I=IOIth的情況。曲線圖500表明本發(fā)明的器件200-400能夠具有高帶寬(>100GHz)。圖6A示出了閾值以上電流的平方根的3dB帶寬。曲線600示出本發(fā)明的器件200-400的帶寬，并且曲線602示出供對比的相關(guān)技術(shù)中直接電流調(diào)制式激光器的帶寬。圖6A表明在相同器件結(jié)構(gòu)下T 5調(diào)制式激光器的3dB帶寬遠高于直接電流調(diào)制(<10GHz)的情況。通過對時域中的響應(yīng)進行數(shù)值仿真，我們得到了關(guān)于如圖6B所示的本發(fā)明的Tp調(diào)制式激光器的仿真眼圖604。關(guān)于這類計算，光子壽命具有50Gb/s比特率的高斯型脈沖調(diào)制。在器件的導(dǎo)通和截止狀態(tài)對應(yīng)于T p m = 1.073ps和Tp (jff=1.788ps且注入電流保持恒定(10 = 0.15A)的情況下，圖6B示出當(dāng)工作于50Gb/s時眼圖604中“眼睛”張開。圖6A表明本發(fā)明可實現(xiàn)更高的比特率。用于比較，還示出了 lOGb/s比特率下傳統(tǒng)I調(diào)制式激光器的眼圖606，且導(dǎo)通和截止狀態(tài)的電流分別選為Im = 0.15A和Itjff = 0.05A。仿真結(jié)果示出能夠?qū)崿F(xiàn)幾個Gbps的數(shù)據(jù)速率。然而，眼圖606在相對高的比特率(例如，10Gb/s)下閉合。各詵結(jié)構(gòu)本發(fā)明還論述了能夠提供調(diào)制損耗的其它結(jié)構(gòu)。例如(但并非以限制的形式)，激光器結(jié)構(gòu)包括增益區(qū)域(MQW112)和鏡結(jié)構(gòu)，通常在分布布拉格反射器(DBR)和在其它激光器結(jié)構(gòu)中，其中鏡結(jié)構(gòu)的有效反射率能夠調(diào)節(jié)以調(diào)制激光腔/SOI脊部206的損耗，這如同上文所描述的那樣使用區(qū)域204和202以調(diào)制脊部206/光學(xué)腔210的損耗。這種調(diào)制能夠以幾種方式控制，例如，使用連接至光學(xué)腔中的波導(dǎo)/SOI脊部206的第二波導(dǎo)，其中第二波導(dǎo)中的光通過疊加(superposition)和/或干涉對光學(xué)腔210中的光進行調(diào)制,或者，SOI脊部的光學(xué)模的一部分能夠延伸到第二波導(dǎo)/SOI脊部206之中，其中能夠如本文所描述的對損耗進行調(diào)制。這種結(jié)構(gòu)示出在，例如，美國專利申請N0.11/534, 560中，該申請通過引用并入本文。其它結(jié)構(gòu)同樣能夠給予本發(fā)明以教導(dǎo)。加工流程圖7示出根據(jù)本發(fā)明的加工流程圖?？驁D700表明在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)中形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)以及調(diào)制結(jié)構(gòu)。

框圖702表明將調(diào)制部連接至波導(dǎo)結(jié)構(gòu)?？驁D704表明將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鍵合于波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其中調(diào)制結(jié)構(gòu)控制損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中 的光子壽命。參考文獻下列文獻通過引用并入本文:Hsu-Hao Chang 等， "1310nm silicon evanescent laser " Opt.Expr.15,11466-11471 (2007) Y_H.Kuo 等， "High speed hybrid si I icon evanescentelectroabsorption modulator," Optics Express,16(13),9936-9941,6月 20 日(2008)；H.Park 等， "A Hybrid AlGalnAs-si I icon Evanescent WaveguidePhotodetector, " Optics Express,15(10), pp.6044-6052,5 月(2007)；R.S.Tucker, " High-speed modulation of semiconductor lasers, " J.Lightwave Technol.3:1180-1192(1985)；A.S.Liu 等，"High-speed optical modulation based on carrier depletionin a silicon waveguide, " Opt.Expr.15,660-668(2007)；J.E.Bowers,B.R.Hemenway,A.H.Gnauck,and D.P.Wilt, " High-speed InGaAsPConstricted-Mesa Lasers, " IEEE J.Quantum Electron.22,833-843(1986)。益論總之，本發(fā)明實施例提供用于制備損耗調(diào)制式激光器和損耗調(diào)制式激光器件的方法。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件包括駐留在第一襯底上的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)，該SOI結(jié)構(gòu)包括該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的波導(dǎo)和與該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層鍵合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域控制半導(dǎo)體激光器件中的光子壽命。所述器件還任選地包括:該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域，該至少一個區(qū)域為毗鄰波導(dǎo)的至少一個摻雜區(qū)域，該毗鄰波導(dǎo)的至少一個摻雜區(qū)域為位于波導(dǎo)的第一側(cè)面上的n型摻雜區(qū)域和位于波導(dǎo)的第二側(cè)面上的p型摻雜區(qū)域；損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)模，其駐留在半導(dǎo)體層以及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分中；n型摻雜區(qū)域和p型摻雜區(qū)域控制該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的分布損耗，并且至少一個摻雜區(qū)域控制該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中的分布損耗。所述器件還任選地包括:該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域，該至少一個區(qū)域為連接至該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的增益區(qū)域的光反饋線路；調(diào)制部，其連接至光反饋線路，用于控制對該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的增益區(qū)域的光反饋，該調(diào)制部控制光反饋線路上信號的相位和振幅中的至少一個，并且該光反饋線路控制該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的反饋系數(shù)以對該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件進行調(diào)制?！N用于制備根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的方法包括:在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)中形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和調(diào)制結(jié)構(gòu)，將調(diào)制結(jié)構(gòu)與該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合，并且將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鍵合于該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；其中該調(diào)制結(jié)構(gòu)控制該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器的光學(xué)腔中的光子壽命。所述方法還任選地包括:該調(diào)制結(jié)構(gòu)經(jīng)由光反饋線路與該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合；該調(diào)制結(jié)構(gòu)為該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個摻雜區(qū)域,并且該調(diào)制結(jié)構(gòu)控制該損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的分布損耗和反饋系數(shù)中的至少一個。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一種半導(dǎo)體激光器包括:包括半導(dǎo)體層的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)區(qū)域，該半導(dǎo)體層包括波導(dǎo)區(qū)域和調(diào)制區(qū)域；和III族-V族元素(II1-V)區(qū)域，其鍵合于該SOI區(qū)域的半導(dǎo)體層，其中該調(diào)制區(qū)域通過控制該半導(dǎo)體激光器中的光子壽命來對該半導(dǎo)體激光器的輸出進行調(diào)制。所述激光器還任選地包括:半導(dǎo)體激光器，其運行于光傳輸系統(tǒng)中；調(diào)制區(qū)域，其為SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個摻雜區(qū)域，該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層包含硅，該調(diào)制區(qū)域控制光反饋線路的相位延遲，并且該調(diào)制區(qū)域控制光反饋線路的振幅。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的一種半導(dǎo)體激光器件包括:具有光學(xué)腔的第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中對該半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中的損耗進行調(diào)制。所述半導(dǎo)體激光器件還任選地包括:使用連接至該光學(xué)腔的鏡子對光學(xué)腔中的損耗進行調(diào)制，通過調(diào)節(jié)鏡子的有效反射率來調(diào)制該光學(xué)腔中的損耗；通過連接至該光學(xué)腔的第二波導(dǎo)來調(diào)制該光學(xué)腔中的損耗，其中第二波導(dǎo)中的光與第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的光相干涉；以及該半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)模延伸到與第一波導(dǎo)耦合的第二波導(dǎo)中，并且通過調(diào)制第二波導(dǎo)的損耗來調(diào)制該光學(xué)腔中的損耗。關(guān)于本發(fā)明優(yōu)選實施例進行的如上描述旨在示范及說明的目的。并非旨在全面公開本發(fā)明或者將本發(fā)明限制于所公開的具體形式。根本上述教導(dǎo)，可以對本發(fā)明進行多種修改和變型。預(yù)期的，本發(fā)明的范圍并非僅限于上述詳細描述，而是由所附權(quán)利要求及其等同項的全部范圍所限定。
權(quán)利要求
1.一種損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，包括: 位于第一襯底上的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)，所述SOI結(jié)構(gòu)包括位于所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的波導(dǎo)；和 與所述SOI結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體層鍵合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述SOI結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域控制所述半導(dǎo)體激光器件中的光子壽命。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述SOI結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體層中的所述至少一個區(qū)域為毗鄰所述波導(dǎo)的至少一個摻雜區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，紙鄰所述波導(dǎo)的所述至少一個摻雜區(qū)域為位于所述波導(dǎo)的第一側(cè)面上的n型摻雜區(qū)域和位于所述波導(dǎo)的第二側(cè)面上的P型摻雜區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)模駐留在所 述半導(dǎo)體層中以及所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的至少一部分中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述n型摻雜區(qū)域和所述P型摻雜區(qū)域控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的分布損耗。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述至少一個摻雜區(qū)域控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中的分布損耗。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述SOI結(jié)構(gòu)的所述半導(dǎo)體層中的所述至少一個區(qū)域為連接至所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的增益區(qū)域的光反饋線路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，還包括調(diào)制部，其連接至所述光反饋線路，用于控制對所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的所述增益區(qū)域的光反饋。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述調(diào)制部控制所述光反饋線路上的信號的相位和振幅中的至少一個。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件，其中，所述光反饋線路控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的反饋系數(shù)，以對所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件進行調(diào)制。
11.一種損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的制備方法，包括: 在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)中形成波導(dǎo)結(jié)構(gòu)和調(diào)制結(jié)構(gòu)； 將所述調(diào)制結(jié)構(gòu)連接至所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)；并且 將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)鍵合于所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)； 其中所述調(diào)制結(jié)構(gòu)控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)腔中的光子壽命。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述調(diào)制結(jié)構(gòu)經(jīng)由光反饋線路與所述波導(dǎo)結(jié)構(gòu)奉禹合。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述調(diào)制結(jié)構(gòu)為所述SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個摻雜區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述調(diào)制結(jié)構(gòu)控制所述損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件的分布損耗和反饋系數(shù)中的至少一個。
15.—種半導(dǎo)體激光器,包括: 包含半導(dǎo)體層的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)區(qū)域，所述半導(dǎo)體層包括波導(dǎo)區(qū)域和調(diào)制區(qū)域；和 III族-V族(II1-V)區(qū)域，其鍵合于所述SOI區(qū)域的所述半導(dǎo)體層，其中所述調(diào)制區(qū)域通過控制所述半導(dǎo)體激光器中的光子壽命來調(diào)制所述半導(dǎo)體激光器的輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述半導(dǎo)體激光器運行于光傳輸系統(tǒng)中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述調(diào)制區(qū)域為所述半導(dǎo)體層中的至少一個摻雜區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述SOI區(qū)域的所述半導(dǎo)體層包含硅。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述調(diào)制區(qū)域控制光反饋線路的相位延遲。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體激光器，其中，所述調(diào)制區(qū)域控制所述光反饋線路的振幅。
21.一種半導(dǎo)體激光器件，包括具有光學(xué)腔的第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中對所述半導(dǎo)體激光器件的所述光學(xué)腔中的損耗進行調(diào)制。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體激光器件，其中，使用連接至所述光學(xué)腔的鏡子對所述光學(xué)腔中的所述損耗進行調(diào)制，通過調(diào)節(jié)所述鏡子的有效反射率來調(diào)制所述光學(xué)腔中的所述損耗。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo) 體激光器件，其中，通過連接至所述光學(xué)腔的第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)對所述光學(xué)腔中的所述損耗進行調(diào)制，其中所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的光與所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的光相干涉。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體激光器件，其中，所述半導(dǎo)體激光器件的光學(xué)模延伸到與所述第一波導(dǎo)結(jié)構(gòu)耦合的第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，并且通過調(diào)制所述第二波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中的損耗來調(diào)制所述光學(xué)腔中的所述損耗。
全文摘要
本發(fā)明公開一種損耗調(diào)制式硅倏逝波激光器。根據(jù)本發(fā)明一個或多個實施例的損耗調(diào)制式半導(dǎo)體激光器件包括駐留在第一襯底上的絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)結(jié)構(gòu)，該SOI結(jié)構(gòu)包括位于SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的波導(dǎo)；和與該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層鍵合的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中該SOI結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層中的至少一個區(qū)域控制半導(dǎo)體激光器件中的光子壽命。
文檔編號H01S3/04GK103119804SQ201180041417
公開日2013年5月22日 申請日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者約翰·E·鮑爾斯, 戴道鑫 申請人:加利福尼亞大學(xué)董事會