[發明專利]基于硅基贗砷化鎵襯底的850nm激光器的制備方法

有效

• 申請號: 201210057292.3
• 申請日: 2012-03-06
• 公開（公告）號: CN102570305A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 周旭亮;于紅艷;潘教青;趙玲娟;王圩
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01S5/323
• 分類號: H01S5/323
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 湯保平

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別是指一種基于硅基贗砷化鎵襯底的850nm激光器的制備方法。

背景技術

對于光電子集成電路(Opto?electronic?Integrated?Circuit，OEIC)的發展來說，最大的問題是缺少硅基光源。硅材料作為微電子技術的基礎，是最為廣泛研究的半導體材料；硅加工技術的成熟程度遠高于III-V族化合物半導體材料。然而，硅基發光問題一直沒有得到很好地解決。考慮到基于GaAs、InP激光器的成熟發展以及其與標準電路工藝的不兼容，硅基III-V族化合物半導體激光器的制備是解決硅基光互連問題的一個可行性方案。作為光纖通信用波長之一，850nm波長激光主要基于GaAs襯底的激光器產生；硅基850nm激光器的研制對光互連問題的解決意義重大。同時，硅材料會對850nm的光會產生強烈的吸收，硅基850nm激光器的研發和以后的使用必須注意解決這個問題。

在Si襯底上外延高質量的III-V族半導體材料是制備Si基激光器的前提。GaAs是研究較為成熟的III-V族材料，本方法采用GaAs作為III-V的代表來研究外延問題。Si和GaAs的晶格適配較大(4.1％)，熱失配較大(Si和GaAs的熱膨脹系數分別為2.59×10^-6K^-1，5.75×10^-6K^-1)，因此在異質外延時會產生大量的位錯。同時，由于極性材料在非極性襯底上外延以及襯底臺階的存在，外延層中會產生大量的反相疇(Anti-phase?domain，APD)，反相疇邊界(Anti-phase?boundary，APB)是載流子的散射和復合中心，同時在禁帶引入缺陷能級。這些位錯和反相疇邊界會一直延伸到外延層的表面，嚴重影響了外延層的質量。Si基III-V族材料的生長必須解決這兩個問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于硅基贗砷化鎵襯底的850nm激光器的制備方法，該方法可制備高質量Si基贗GaAs材料，為Si基光互聯提供基礎，該類型850nm激光器可以與傳統硅工藝兼容，也是解決OEIC中硅基發光問題的一個途徑。該方法通過采用Ge作為緩沖層并結合低溫緩沖層技術和外延與Ge匹配的贗砷化鎵緩沖層來得到高質量的激光器材料。

本發明提供一種基于硅基贗砷化鎵襯底的850nm激光器的制備方法，包括以下步驟：

步驟1：采用UHVCVD方法在襯底上生長第一緩沖層；

步驟2：將生長有第一緩沖層的襯底，立即放入MOCVD反應室并進行700℃高溫處理；

步驟3：采用低壓MOCVD的方法，在第一緩沖層上外延第二緩沖層；

步驟4：在第二緩沖層上生長贗GaAs層；

步驟5：采用MOCVD的方法，在贗GaAs層上生長850nm激光器結構，該850nm激光器結構包括依次生長的Al_0.5Ga_0.5As下包層、Al_0.3Ga_0.7As下波導、InGaAs有源區、Al_0.3Ga_0.7As上波導層、Al_0.5Ga_0.5As上包層和贗GaAs接觸層；

步驟6：在850nm激光器結構上面的贗GaAs接觸層上刻蝕，形成脊條；

步驟7：在外延片的上表面及脊條的側面生成二氧化硅絕緣層；

步驟8：在脊條的上面制作電極窗口；

步驟9：在二氧化硅絕緣層及電極窗口上制作鈦鉑金電極，減薄后，在襯底的背面制作金鍺鎳電極，完成激光器的制備。

本發明的特點是：

1、用UHVCVD方法與MOCVD結合，在Si襯底生長高質量的Ge緩沖層和高質量的III-V材料。

2、低溫緩沖層使GaAs/Ge界面的反相疇得到有效抑制，通過改變生長原料，降低生長溫度，優化生長速率等其他參數，減少異質界面的缺陷，提高外延層的質量。

3、在砷化鎵緩沖層摻入銦源，得到低銦組分的與鍺襯底晶格匹配的贗砷化鎵過渡層是抑制缺陷獲得高質量激光器結構的重要步驟。

附圖說明：

為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實例及附圖詳細說明如后，其中：

圖1-圖5為本發明基于硅基贗砷化鎵襯底的850nm激光器的制備方法流程圖。

具體實施方式