[發明專利]一種基于GaAsOI襯底的InAs量子點激光器結構及制備方法

在審

• 申請號: 202110463249.6
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113178771A
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 陳星佑;陳思銘;唐明初
• 申請（專利權）人: 湖南匯思光電科技有限公司
• 主分類號: H01S5/02
• 分類號: H01S5/02;H01S5/343
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 莫曉齊

本發明提供了一種基于GaAsOI襯底的InAs量子點激光器結構及制備方法。所述的一種基于GaAsOI襯底的InAs量子點激光器結構包括依次層疊設置的GaAsOI襯底、GaAs緩沖層和下接觸層、AlGaAs下阻擋層、InAs量子點有源區、AlGaAs上阻擋層及GaAs上接觸層，所述GaAsOI襯底為從GaAs襯底上剝離并轉移至CMOS兼容的SOI襯底上，并經處理后得到的GaAs單晶薄膜。本發明可以實現在與CMOS工藝兼容的SOI襯底上制備InAs量子點激光器，適合于硅基光電集成缺少核心光源的研制，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明涉及半導體光電子材料及器件技術領域，特別涉及一種基于GaAsOI(GaAson insulator，絕緣體上砷化鎵)襯底的InAs(砷化銦)量子點激光器結構及制備方法。

背景技術

硅(Si)基光電集成技術作為實現未來超高速超低損耗光互連技術的重要基礎，其已成為當前信息技術發展的重要前沿研究領域，而目前實現Si基光電集成及Si基片上、片間光互連最為關鍵的問題是優質Si基光源的制備。在各種結構的激光器中，量子點激光器具有閾值電流密度低、特征溫度高和光增益高等優點，尤其是對缺陷的敏感度低，因此研制Si基量子點激光器件在Si基光源的制備方面有著重要的意義和廣闊的應用前景。

目前國際上，Si襯底上III-V族器件的制備辦法主要有兩大類。第一類是鍵合，將Si襯底與III-V族外延材料通過真空鍵合的方式組合在一起，然后再進行后續器件工藝。但是高質量大尺寸襯底的鍵合仍具有很高難度，鍵合的界面對器件特性也有很大影響。第二類方式是在Si襯底上外延生長III-V族材料，但是由于Si與GaAs(砷化鎵)之間存在原子極性的差異，因而容易在GaAs外延材料中產生反相疇問題，且二者之間還存在較大的晶格失配和熱失配，Si上直接外延GaAs時控制位錯和和材料表面的微裂縫都是極具挑戰性的世界級難題。雖然可以通過在Si襯底上先外延Ge(鍺)再生長GaAs、或者通過在Si襯底上外延GaSb(銻化鎵)等方法抑制位錯，但效果均距商用差距較遠；雖然將GaAs生長到帶斜切角的Si襯底上，通過生長較厚的緩沖層在一定程度上消除了反向畤和抑制了位錯，但這增加了器件制備的難度，同時材料質量存在著一定程度的退化。

所以，迫切需要發展無斜切角Si襯底上制備InAs量子點激光器的方法，以應對硅光技術的迅速發展和市場需求。

發明內容

本發明提供了一種基于GaAsOI襯底的InAs量子點激光器結構及制備方法，該方法采用成熟的GaAsOI為襯底，該襯底是通過智能剝離技術從GaAs商用襯底上剝離下來的厚度為200～1000nm的GaAs單晶薄膜并轉移至CMOS(互補式金屬氧化物半導體，ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)兼容的SOI(絕緣體上硅)襯底上，經真空鍵合和拋光處理得到的，通過分子束外延技術依次生長GaAs緩沖層和下接觸層，AlGaAs(砷化鋁鎵)下阻擋層，InAs量子點有源區，AlGaAs上阻擋層和GaAs上接觸層。

為了達到上述目的，本發明提供的一種基于GaAsOI襯底的InAs量子點激光器結構，包括依次層疊設置的GaAsOI襯底、GaAs緩沖層和下接觸層、AlGaAs下阻擋層、InAs量子點有源區、AlGaAs上阻擋層及GaAs上接觸層，所述GaAsOI襯底為從GaAs襯底上剝離并轉移至CMOS兼容的SOI襯底上，并經處理后得到的GaAs單晶薄膜。

優選地，所述的GaAsOI襯底具體為：通過智能剝離與襯底轉移技術，從GaAs商用襯底上剝離并轉移至CMOS兼容的SOI襯底上，經過包括真空鍵合、拋光的工藝處理獲得的GaAs單晶薄膜；

優選地，所述從GaAs商用襯底上剝離下來的GaAs單晶薄膜厚度為200～1000nm。

優選地，所述的GaAs商用襯底包含半絕緣或導電GaAs襯底。