[發(fā)明專利]硅基電注入激光器及其制備方法

有效

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• 申請日: 2017-04-18
• 公開（公告）號: CN107069430B
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發(fā)明（設計）人: 王夢琦;李稚博;周旭亮;李亞節(jié);王鵬飛;潘教青
• 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: 任巖

一種硅基電注入激光器及其制備方法，該制備方法包括：在絕緣硅襯底的上表面生長SiO₂層，并在SiO₂層的中間位置刻蝕出貫穿SiO₂層的第一矩形槽；腐蝕絕緣硅襯底，在與第一矩形槽相對應的位置，形成與第一矩形槽等寬的V型槽；在V型槽和第一矩形槽內生長形成N型位錯限制層、N型緩沖層和外延結構；腐蝕去除SiO₂層的剩余部分，完成硅基電注入激光器的制備。本發(fā)明由于直接外延采用選區(qū)V型槽工藝，不易產生缺陷及反相疇，并可大大降低緩沖層的厚度，因此器件的總體厚度小，降低了硅基光電集成中其余器件工藝實施的難度。

技術領域

本發(fā)明屬于光通信器件領域，更具體地涉及一種硅基電注入激光器及其制備方法。

背景技術

過去幾十年中，微電子技術發(fā)展迅猛，COMS器件的特征尺寸已降低到10nm以內。然而伴隨著器件尺寸縮小到10nm下，量子效應越加凸顯，器件性能越發(fā)難以控制，器件的集成度更大，器件結構從二維向三維發(fā)展，工藝難度越來越高。因此，人們把延續(xù)“摩爾定律”即增強運算或通信能力的希望寄托在光子學特別是光電集成上。目前硅基光子學已高度發(fā)展，波導、光放大器、光探測器、光調制器等光子器件都可實現成熟應用，并集成在一起形成硅集成光子芯片。

但是，由于硅材料本身是間接帶隙半導體，硅材料發(fā)光即制作光源十分困難；IIIA-VA族化合物材料為直接帶隙，目前廣泛用于半導體激光器制造，且半導體激光器體積小、性能優(yōu)越且技術成熟。所以解決硅基光電集成中光源的缺失，最好的方法是引入IIIA-VA族化合物材料制作光源器件。

目前，在硅基上引入IIIA-VA族化合物激光器主要有兩種方法，鍵合與直接外延。鍵合技術是通過特定貼合工藝將IIIA-VA族化合物激光器放置到硅波導上并將激光器的光引入硅波導，此技術工藝步驟復雜、成品率低，并且每次只能鍵合少量的激光器，可重復性低，不利于大規(guī)模工業(yè)生產。直接外延是在硅襯底上直接外延IIIA-VA族化合物材料再進一步制作激光器，但是目前硅襯底直接外延的電注入激光器都需要很厚的緩沖層(微米量級)來減少IIIA-VA族化合物與硅材料之間的晶格失配或反相疇引起的缺陷和熱膨脹系數失配，因此有源區(qū)與硅襯底高度差太大，無法適用于進一步的硅基光電器件集成工藝。

發(fā)明內容

基于以上問題，本發(fā)明的主要目的在于提出一種硅基電注入激光器及其制備方法，用于解決以上技術問題的至少之一。

為了實現上述目的，作為本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出一種硅基電注入激光器，包括：

絕緣硅襯底，其上表面的中心位置具有一V型槽；

N型位錯限制層，形成于V型槽的表面，且其頂部與絕緣硅襯底的上表面平齊；

N型緩沖層，位于V型槽內，填滿V型槽除N型位錯限制層外的其他空間，且其上表面與絕緣硅襯底的上表面平齊；

外延結構，形成于N型緩沖層及N型位錯限制層的上表面，外延結構與V型槽等寬。

進一步地，上述硅基電注入金屬激光器還包括：

介質層，形成于外延結構上表面及側面；

金屬層，形成于介質層的上表面及側面；以及

P型電極；

其中，介質層和金屬層均延伸至絕緣硅襯底的上表面，且介質層和金屬層的上表面有貫穿至外延結構上表面的矩形槽，且矩形槽的四周被介質層和金屬層包圍；P型電極形成于矩形槽中，其上表面與金屬層的上表面平齊。

進一步地，上述硅基電注入激光器還包括N型電極，該N型電極形成于絕緣硅襯底上表面、與金屬層絕緣的位置。

進一步地，上述N型位錯限制層、N型緩沖層和外延結構的主體材料為IIIA-VA族化合物材料，例如InP、GaAs、GaInAs等。