[發明專利]基于GeSn/SiGeSn材料的應變多量子阱激光器及其制作方法

在審

• 申請號: 201710469827.0
• 申請日: 2017-06-20
• 公開（公告）號: CN107342535A
• 公開（公告）日: 2017-11-10
• 發明（設計）人: 劉艷;高曦;韓根全;郝躍;張慶芳
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01S5/34
• 分類號: H01S5/34
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司61100
• 代理人: 佘文英

1.一種基于GeSn/SiGeSn材料的應變多量子阱激光器，包括：襯底(1)、贗襯底(2)、緩沖層(3)、有源區(4)、應力薄膜(5)以及金屬電極(6)；所述的贗襯底(2)、緩沖層(3)、有源區(4)在襯底(1)上依次由下至上豎直分布，且Si₃N₄應力薄膜(5)包裹在贗襯底(2)、緩沖層(3)、有源區(4)的周圍；所述贗襯底(2)采用N⁺摻雜的Ⅳ族材料Ge；緩沖層(3)采用通式為Ge_1-xSn_x的IV族復合材料；有源區(4)采用通式為Ge_1-y-zSi_ySn_z和Ge_1-xSn_xIV族復合材料，在GeSn/SiGeSn界面處形成晶格匹配的I型量子阱結構；這里的量子阱個數為20；其中，x表示GeSn中Sn的組份，Sn組份的取值范圍為0＜x＜0.1；y表示SiGeSn中Si的組份，z表示SiGeSn中的Sn組分，這里采用的組分為：Ge_0.695Si_0.161Sn_0.144；其特征在于，應變多量子阱激光器的制作方法，包括如下步驟：

(1)制備贗襯底：

利用低、高溫兩步固源分子束外延工藝，在襯底Si上生長一層幾百納米厚的Ge作為贗襯底；這里低溫為350℃，高溫為600℃；

(1a)磷離子注入：

在Ge贗襯底中進行磷離子注入工藝，形成N⁺摻雜的Ge贗襯底；

(2)制備GeSn緩沖層：

利用低溫固源分子束外延工藝，在Si襯底(1)上的Ge贗襯底(2)上外延生成一層100nm厚的Ge_1-xSn_x材料；這里及以下步驟的低溫為180℃；

(2a)磷離子注入：

在GeSn層中進行磷離子注入工藝，形成GeSn N⁺緩沖層(3)；

(3)制備有源區(4)：

(3a)利用低溫固源分子束外延工藝，在GeSn N⁺緩沖層(3)上，外延生長一層200nm厚的SiGeSn；

(3b)磷離子注入：

在SiGeSn層中進行磷離子注入工藝，形成N⁺SiGeSn層；

(3c)利用低溫固源分子束外延工藝，在N⁺SiGeSn層上外延生長一層7nm的GeSn作為勢阱；

(3d)利用低溫固源分子束外延工藝，在GeSn層上外延生長一層10nm的SiGeSn作為勢壘；

(3e)進行(3c)和(3d)的工藝步驟共20次，形成20個量子阱；

(3f)利用低溫固源分子束外延工藝，在多量子阱層上外延生長一層200nm厚SiGeSn；

(3g)硼離子注入：在SiGeSn層中進行硼離子注入工藝，形成P⁺SiGeSn層；

(4)有源區形成后，利用干法刻蝕工藝將除了Si襯底以外的所有材料層刻蝕成直徑為5μm的圓柱形；

(5)利用濕法刻蝕工藝，刻蝕掉部分Ge贗襯底形成懸浮微盤結構；

(6)利用低溫等離子體增強化學氣相淀積工藝，在懸浮微盤結構外圍沉積500nm厚具有殘余壓應變的Si₃N₄應力薄膜(5)；

(7)刻蝕溝槽：

在微盤頂部的Si₃N₄應力薄膜上和器件底部分別刻蝕溝槽；

(8)制備金屬電極：

在刻蝕的溝槽中利用剝離工藝沉積形成金屬電極(6)。

2.根據權利要求1所述的基于GeSn/SiGeSn材料的應變多量子阱激光器，其特征在于，步驟(1)中以GeH₄為Ge源，在350℃的環境中生長30nm厚Ge緩沖層后迅速將溫度升至600℃再外延生長幾百納米Ge薄膜作為贗襯底。