[發明專利]一種硅基InGaAs激光器襯底的制備方法、襯底和激光器

有效

• 申請號: 202010079728.3
• 申請日: 2020-02-04
• 公開（公告）號: CN111262127B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 歐欣;趙舒燕;王長;林家杰;游天桂
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/343
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本發明提供一種硅基InGaAs激光器襯底的制備方法，包括：S1：在供體襯底上贗晶生長In_xGa_1?xAs外延層薄膜；S2：外延層薄膜遠離供體襯底的一面為注入面，自注入面向外延層進行離子注入和在注入面表面沉積第一金屬層，注入的離子在外延層內形成剝離層；S3：在支撐襯底表面沉積第二金屬層；S4：通過將第一金屬層和第二金屬層鍵合使得支撐襯底、第二金屬層、第一金屬層、外延層和供體襯底依次連接形成整體；S5：將鍵合后的整體進行退火處理，沿剝離層將供體襯底剝離，外延層轉移至支撐襯底上形成硅基InGaAs襯底；本發明還提供一種襯底及激光器；本發明能夠突破現有二元化合物晶格常數對激光器的限制，擴大生長在襯底上的激光器在材料選擇和結構設計的自由度。

技術領域

本發明涉及光通信技術領域，特別涉及一種硅基InGaAs激光器襯底的制備方法、襯底和激光器。

背景技術

隨著互聯網數據流量的急劇增長，從遠距離、中距離光纖通信，到數據中心內、直至機柜內的數據通信，實現高速低成本大寬帶的光-電通信系統具有顯著的意義。為了提高數據的處理速度，在過去的幾十年中，硅光子領域取得了巨大的進展，其中包括光學調制器、多路復用器、波導以及光電探測器等在內的重要器件均趨于成熟，但缺少硅基激光器是硅基集成的主要障礙。盡管硅是電子器件領域最廣泛使用的材料，但由于其間接帶隙會使得載流子輻射復合幾率較低，因此很難成為有效光源。而III-V族直接帶隙化合物半導體具有非常優異的光學性能。因此，可以采用外延生長將III-V族材料的器件與硅基集成在同一個基底上，利用III-V族直接帶隙化合物半導體優越的光學性能改善硅難以作為光輻射材料的缺點。深入開展硅基III-V材料研究將對硅基光電子學領域科學技術的發展帶來很大推動。

1.3μm和1.55μm波段是光通信的兩個重要波段。硅(Si)基III-V襯底技術主要分為直接外延(monolithic)和鍵合(bonding)兩種技術方向。而目前兩種技術方向均是在Si上獲得常規二元化合物襯底模板，如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)等，進而按照該襯底模板的晶格常數在其上外延與其晶格匹配的外延結構。但基于二元化合物襯底模板制得的激光器熱穩定性較差；且為了保持激光波長的穩定，通常需采用外部制冷，這又導致了成本的增加和體積的增加，難以應用于大規模集成。而以銦鎵砷(InGaAs)為襯底，則可以基于完全不同的晶格常數體系獲得性能更佳的光通信激光器，且溫度穩定性高，不需外部制冷，但目前尚無高質量、低成本的InGaAs襯底面世。

針對現有技術存在的上述缺陷，本申請旨在提供一種硅基InGaAs激光器襯底的制備方法、襯底和激光器。

發明內容

針對現有技術的上述問題，本發明的目的在于提供一種硅基InGaAs激光器襯底的制備方法、襯底和激光器。

為了解決上述問題，本發明提供一種硅基InGaAs激光器襯底的制備方法，包括：S1：在供體襯底上贗晶生長In_xGa_1-xAs外延層薄膜，x的取值范圍在0.1至0.4之間；

S2：所述外延層薄膜遠離所述供體襯底的一面為注入面，自所述注入面向所述外延層進行離子注入和在所述注入面表面沉積第一金屬層，所述離子注入能夠使得注入的離子在所述外延層內形成剝離層；

S3：在支撐襯底表面沉積第二金屬層；

S4：通過將所述第一金屬層和所述第二金屬層鍵合使得所述支撐襯底、第二金屬層、第一金屬層、外延層和所述供體襯底依次連接形成整體；

S5：將鍵合后的所述整體放置在退火爐中進行退火處理，沿所述剝離層將所述供體襯底剝離，所述外延層轉移至所述支撐襯底上形成硅基InGaAs襯底。

進一步地，步驟S2中，自所述注入面向所述外延層進行離子注入和在所述注入面表面沉積第一金屬層為：

自所述注入面向所述外延層進行離子注入后，再在所述注入面表面沉積所述第一金屬層；