[發(fā)明專利]Si/Ge超晶格量子級(jí)聯(lián)激光器及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510726305.5
• 申請(qǐng)日: 2015-10-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105429001B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 舒斌;吳繼寶;古牧;范林西;陳景明;張鶴鳴;宣榮喜;胡輝勇;宋建軍;王斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S5/30
• 分類號(hào): H01S5/30;H01S5/34
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種Si/Ge超晶格量子級(jí)聯(lián)激光器及其制備方法，該激光器從下往上依次包括硅襯底、Si_0.5Ge_0.5緩沖層、硅鍺超晶格和SiO₂，在硅鍺超晶格頂部和Si_0.5Ge_0.5緩沖層上沉積鋁電極，Si_0.5Ge_0.5緩沖層的厚度為300nm，所述Si_0.5Ge_0.5緩沖層為5nm的硅和5nm的鍺交互生長(zhǎng)形成硅鍺超晶格結(jié)構(gòu)，所述的Si_0.5Ge_0.5緩沖層的硅鍺比例為1∶1。本發(fā)明既能夠兼容CMOS工藝，又能夠?qū)崿F(xiàn)鍺光源對(duì)不同波長(zhǎng)光的需求，且具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，光穩(wěn)定性，加工簡(jiǎn)單、方便，為實(shí)現(xiàn)片上光源提供一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子領(lǐng)域，具體涉及一種Si/Ge超晶格量子級(jí)聯(lián)激光器及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)要求日益提高，信息處理硬件的微細(xì)加工的極限開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)，束縛了技術(shù)的日益發(fā)展。在過(guò)去的幾十年發(fā)展中，微電子工藝一直按照摩爾定律進(jìn)步著。進(jìn)步的最顯著特點(diǎn)就是工藝尺寸越來(lái)越小，集成度越來(lái)越高，成本越來(lái)越低。但是，隨著微電子工藝尺寸向納米級(jí)前進(jìn)，各種物理效應(yīng)帶來(lái)的瓶頸也越來(lái)越明顯。為了突破瓶頸，研究人員們把目光集中在了將微電子與光電子技術(shù)相結(jié)合的領(lǐng)域上，這就是光電集成(OEIC)。

Intel、IBM等半導(dǎo)體巨頭的不懈努力，硅光電子技術(shù)的諸多關(guān)鍵器件得以在集成電路平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)，包括高速硅光調(diào)制器、探測(cè)器和波導(dǎo)元件都得到了突破。然而由于硅是間接帶隙材料導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)直接發(fā)光，故片上光源沒(méi)有得到實(shí)現(xiàn)，這是硅光子技術(shù)一直以來(lái)所面臨的最大難題。

硅基光通信和光電集成技術(shù)迫切要求在低造價(jià)的情況下得到高效集成激光光源。到目前為止，硅芯片上的激光仍然依靠III-V材料生長(zhǎng)或者鍵合到硅片上。這會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定性問(wèn)題，并且不利于工業(yè)大批量生產(chǎn)和制造。在硅片上外延的III-V激光器在壽命上受到限制，并且其制造工藝相當(dāng)復(fù)雜。當(dāng)鍵合III-V激光器到硅片上時(shí)由于在硅和III-V材料之間失配問(wèn)題而受到限制。更進(jìn)一步地說(shuō)，相對(duì)硅CMOS技術(shù)來(lái)說(shuō)，III-V激光器的產(chǎn)出是相當(dāng)?shù)偷摹?/p>

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種Si/Ge超晶格量子級(jí)聯(lián)激光器及其制備方法，既能夠兼容CMOS工藝，又能夠?qū)崿F(xiàn)鍺光源對(duì)不同波長(zhǎng)光的需求，且具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率，光穩(wěn)定性，加工簡(jiǎn)單、方便，為實(shí)現(xiàn)片上光源提供一個(gè)具體的結(jié)構(gòu)和實(shí)施方案。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種Si/Ge超晶格量子級(jí)聯(lián)激光器，從下往上依次包括硅襯底、Si_0.5Ge_0.5緩沖層、硅鍺超晶格和SiO₂，硅鍺超晶格和SiO₂，兩側(cè)分別對(duì)稱沉積有鋁電極。

本發(fā)明還提供了上述Si/Ge超晶格量子級(jí)聯(lián)激光器的制備方法，包括以下步驟：

S1、420℃溫度條件下，通過(guò)低分子束外延法在硅襯底上生長(zhǎng)厚度為300nm的Si_0.5Ge_0.5緩沖層；

S2、420℃溫度條件下，通過(guò)低溫分子束外延法在所得的Si_0.5Ge_0.5緩沖層上生長(zhǎng)厚度為5nm的Ge材料；

S3、420℃溫度條件下，通過(guò)低溫分子束外延法在所得的Ge材料上生長(zhǎng)厚度為5nm的Si材料；

S4、520℃溫度條件下，通過(guò)低溫分子束外延法在所得的Si材料上生長(zhǎng)厚度為5nm的Ge材料；

S5、重復(fù)步驟S3和步驟S4，得到10-30層的Si/Ge；