[發明專利]GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器及制備方法

有效

• 申請號: 201210205531.5
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102749726A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 高福斌;高放;杜國同;殷景志;馬艷;吳國光;李萬程
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G02F1/017
• 分類號: G02F1/017
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 張景林;劉喜生

1.一種GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器，其特征在于：由底金屬電極（1）、導電碳化硅單晶襯底（2）、GaN緩沖層（3）、SiO₂掩模層（4）、n-Si摻雜的AlGaN下包層（5）、GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波導芯層（6）、n-Si摻雜的AlGaN上包層（7）和金屬上電極（8）構成；其中，在SiO₂掩模層（4）上有沿GaN緩沖層（3）的方向或方向的寬度為2~10μm的條形波導窗口，AlGaN下包層（5）、GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波導芯層（6）、AlGaN上包層（7）依次制備在該條形波導窗口中露出的GaN緩沖層（3）上，從而形成側面為結晶平面的脊形條波導結構。

2.如權利要求1所述的一種GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器，其特征在于：AlGaN下包層（5）和AlGaN上包層（7）的n-Si摻雜濃度為5×10¹⁸~8×10¹⁹cm^-3。

3.如權利要求1所述的一種GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器，其特征在于：GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波導芯層（6）中的耦合量子阱為雙耦合量子阱或多耦合量子阱。

4.如權利要求3所述的一種GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器，其特征在于：雙耦合量子阱周期超晶格的一個周期是由AlN隔離層（61）、GaN寬量子阱層（62）、AlN耦合勢壘層（63）和GaN窄量子阱層（64）構成。

5.如權利要求1~4任何一項所述的一種GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器，其特征在于：底金屬電極（1）和金屬上電極（8）是厚度為200～1000nm的Ti/Al/Ti/Au金屬膜層，GaN緩沖層（3）的厚度為1~2μm；條形波導窗口的寬度為2~10μm；SiO₂掩模層（4）的厚度為100~400nm；n-Si摻雜的AlGaN下包層（5）的厚度為300~800nm；n-Si摻雜的AlGaN上包層（7）的厚度為50~500nm。

6.權利要求5所述的一種GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器的制備方法，其步驟如下：

1)在導電碳化硅單晶襯底（2）上采用MOVPE兩步生長法生長GaN緩沖層（3）：以TMGa和NH₃為源，先將硅單晶襯底（2）在氫氣流下加熱到1000~1100℃進行表面高溫處理，然后降溫到450~600℃生長GaN成核層，其厚度為10～120nm；然后再升溫到1000～1050℃，在GaN成核層上生長1~2μm厚的GaN緩沖層（3）；

2)采用射頻濺射技術在GaN緩沖層（3）表面生長100~400nm的SiO₂膜層，然后沿GaN緩沖層（3）的方向或方向，采用光刻腐蝕工藝在GaN緩沖層（3）上形成具有條形波導窗口的SiO₂掩模層（4），條形波導窗口的寬度為2~10μm，且在條形波導窗口中露出GaN緩沖層（3）；

3)采用MOVPE技術在條形波導窗口中露出的GaN緩沖層（3）上生長厚度為300~800nm、n-Si摻雜濃度為5×10¹⁸~8×10¹⁹cm^-3、沿方向或方向的AlGaN下包層（5）；

4)采用MOVPE技術繼續在AlGaN下包層（5）上生長10~50個周期的GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波導芯層（6）；

5)然后采用MOVPE技術在GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波導芯層（6）上生長AlGaN上包層（7），厚度為50~500nm、n-Si摻雜濃度為5×10¹⁸~8×10¹⁹cm^-3；在SiO₂掩模層（4）的限制作用下，AlGaN下包層（5）、GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波導芯層（6）、AlGaN上包層（7）形成側面為結晶平面的脊形條波導結構；

6)采用光刻剝離技術在AlGaN上包層（7）上依次蒸鍍Ti/Al/Ti/Au金屬膜層，作為電光調制器的金屬上電極（8），金屬上電極（8）的寬度與AlGaN上包層（7）上表面的寬度相同；

7)對導電碳化硅單晶襯底（2）的背面進行研磨減薄拋光，然后依次蒸鍍總厚度為200～1000nm的Ti/Al/Ti/Au金屬膜層，作為電光調制器的金屬下電極（1）；

8)對脊形波導輸入、輸出端面進行切割拋光，從而完成GaN/AlN耦合量子阱子帶間躍遷條形波導電光調制器的制備。