[發明專利]光通信O波段硅基高速半導體激光芯片及其制造方法

在審

• 申請號: 202110475557.0
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113054529A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 薛正群;黃惠鶯;張長平;林澤磊;方瑞禹;蘇輝
• 申請（專利權）人: 福建中科光芯光電科技有限公司
• 主分類號: H01S5/10
• 分類號: H01S5/10;H01S5/30;H01S5/34;H01S5/343
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 丘鴻超;蔡學俊

1.一種光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：在Si襯底上，采用不同的緩沖層形成的低位錯密度的生長表面；在材料結構上采用N-InAlGaAs取代N-InAlAs電子阻擋層，并采用超晶格結構量子壘結構。

2.根據權利要求1所述的光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：所述緩沖層包括：N-GaP緩沖層、N-GaAs緩沖層和N-InP緩沖層。

3.一種光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：其外延層包括在Si襯底上依次形成的：N-GaP緩沖層、N-GaAs緩沖層、N-InP緩沖層、N-InAlGaAs過渡層、InAlGaAs下波導層、InAlGaAs下分別限制層、InGaAlAs應變多量子阱和壘、InAlGaAs上分別限制層、P-InAlAs電子阻擋層、P-InP間隔層、P-InGaAsP光柵層、P-InP光柵蓋層、P-InGaAsP腐蝕停止層、P-InP空間層、P-InGaAsP過渡層、P-InGaAs電接觸層以及摻雜Fe的絕緣InP層。

4.根據權利要求3所述的光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：芯片前后出光端面解離在再生長區域，再生長區域填充有再生長形成的P-InP層、N-InGaAsP層和P-InP層。

5.根據權利要求4所述的光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：還包括在外延層上腐蝕形成的脊型波導。

6.根據權利要求5所述的光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：所述脊型波導腐蝕至P-InGaAsP腐蝕停止層。

7.根據權利要求3所述的光通信O波段硅基高速半導體激光芯片，其特征在于：在所述InGaAlAs應變多量子阱和壘中，壘層由3層2nm InGaAlAs壘和2層2nm InGaAlAs阱超晶格結構組成。

8.一種光通信O波段硅基高速半導體激光芯片的制造方法，其特征在于：其外延層的制作過程包括以下步驟：

步驟S1：緩沖層生長：將N-Si襯底放入MOCVD生長腔體，在高溫下通氮氣烘烤15min，接著生長300nm N-GaP緩沖層；在高溫下通磷烷烘烤15min，再生長300nm N-GaAs緩沖層；接著在高溫下通砷烷烘烤15min，生長500nm N-InP緩沖層；

步驟S2：生長15nm的N-AlGaInAs過渡層，生長不摻雜30nm AlGaInAs下波導層；生長不摻雜20nm AlGaInAs下分別限制層；生長7層8nm-AlGaInAs張應變量子阱，張應變至少為1.3%，生長8層10nm-AlGaInAs壓應變量子壘，壓應變至少為0.4%，量子壘由3層2nm-AlGaInAs壘和2層2nm-AlGaInAs阱超晶格結構組成；生長15nm AlGaInAs上分別限制層，生長25nm P-InAlAs電子阻擋層；生長50nm P-InP層，生長40nm P-InGaAsP光柵層，并制備均勻光柵；

步驟S3：采用PECVD沉積SiO₂介質層200nm，通過光刻腐蝕去除靠近芯片前后出光端面20微米的區域，采用稀釋的溴：氫溴酸溶液進行各向同性腐蝕，腐蝕深度至N-InP緩沖層；接著依次生長100nm P-InP、50nm N-InGaAsP、100nm P-InP；

步驟S4：去除長完PNP層后片子表面的SiO₂介質層，將片子放入MOCVD腔體中，升溫，在高溫下生長100nm P-InP光柵掩埋層，25nm P-InGaAsP腐蝕停止層，生長2.0微米P-InP空間層，生長50nm P-InGaAsP過渡層，生長250nm P-InGaAs電接觸層，生長300nm摻Fe絕緣InP層，完成材料外延生長。

9.根據權利要求8所述的光通信O波段硅基高速半導體激光芯片的制造方法，其特征在于：還包括步驟S5：PECVD生長150nm SiO2介質層，光刻腐蝕，形成激光器脊波導，去除表面介質層，生長4000nm SiO2常規鈍化層，脊波導表面開孔，去除脊波導表面摻Fe絕緣InP層，電子束蒸發Ti/Pt/Au P型電極金屬，P型金屬與半導體材料表面通過 SiO2鈍化層和摻Fe絕緣InP層形成電學隔離，形成較低的芯片電容；接著芯片背面掩膜減薄至200微米，蒸發N面金屬；解離形成bar條，采用Al2O3/Si膜系電子束蒸發，形成芯片諧振腔的高反和高透膜，完成芯片制備。