[发明专利]基于硅基赝砷化镓衬底的850nm激光器的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是指一种基于硅基赝砷化镓衬底的850nm激光器的制备方法。

背景技术

对于光电子集成电路(Opto electronic Integrated Circuit，OEIC)的发展来说，最大的问题是缺少硅基光源。硅材料作为微电子技术的基础，是最为广泛研究的半导体材料；硅加工技术的成熟程度远高于III-V族化合物半导体材料。然而，硅基发光问题一直没有得到很好地解决。考虑到基于GaAs、InP激光器的成熟发展以及其与标准电路工艺的不兼容，硅基III-V族化合物半导体激光器的制备是解决硅基光互连问题的一个可行性方案。作为光纤通信用波长之一，850nm波长激光主要基于GaAs衬底的激光器产生；硅基850nm激光器的研制对光互连问题的解决意义重大。同时，硅材料会对850nm的光会产生强烈的吸收，硅基850nm激光器的研发和以后的使用必须注意解决这个问题。

在Si衬底上外延高质量的III-V族半导体材料是制备Si基激光器的前提。GaAs是研究较为成熟的III-V族材料，本方法采用GaAs作为III-V的代表来研究外延问题。Si和GaAs的晶格适配较大(4.1％)，热失配较大(Si和GaAs的热膨胀系数分别为2.59×10^-6K^-1，5.75×10^-6K^-1)，因此在异质外延时会产生大量的位错。同时，由于极性材料在非极性衬底上外延以及衬底台阶的存在，外延层中会产生大量的反相畴(Anti-phase domain，APD)，反相畴边界(Anti-phase boundary，APB)是载流子的散射和复合中心，同时在禁带引入缺陷能级。这些位错和反相畴边界会一直延伸到外延层的表面，严重影响了外延层的质量。Si基III-V族材料的生长必须解决这两个问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于硅基赝砷化镓衬底的850nm激光器的制备方法，该方法可制备高质量Si基赝GaAs材料，为Si基光互联提供基础，该类型850nm激光器可以与传统硅工艺兼容，也是解决OEIC中硅基发光问题的一个途径。该方法通过采用Ge作为缓冲层并结合低温缓冲层技术和外延与Ge匹配的赝砷化镓缓冲层来得到高质量的激光器材料。

本发明提供一种基于硅基赝砷化镓衬底的850nm激光器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：采用UHVCVD方法在衬底上生长第一缓冲层；

步骤2：将生长有第一缓冲层的衬底，立即放入MOCVD反应室并进行700℃高温处理；

步骤3：采用低压MOCVD的方法，在第一缓冲层上外延第二缓冲层；

步骤4：在第二缓冲层上生长赝GaAs层；

步骤5：采用MOCVD的方法，在赝GaAs层上生长850nm激光器结构，该850nm激光器结构包括依次生长的Al_0.5Ga_0.5As下包层、Al_0.3Ga_0.7As下波导、InGaAs有源区、Al_0.3Ga_0.7As上波导层、Al_0.5Ga_0.5As上包层和赝GaAs接触层；

步骤6：在850nm激光器结构上面的赝GaAs接触层上刻蚀，形成脊条；

步骤7：在外延片的上表面及脊条的侧面生成二氧化硅绝缘层；

步骤8：在脊条的上面制作电极窗口；

步骤9：在二氧化硅绝缘层及电极窗口上制作钛铂金电极，减薄后，在衬底的背面制作金锗镍电极，完成激光器的制备。

本发明的特点是：

1、用UHVCVD方法与MOCVD结合，在Si衬底生长高质量的Ge缓冲层和高质量的III-V材料。

2、低温缓冲层使GaAs/Ge界面的反相畴得到有效抑制，通过改变生长原料，降低生长温度，优化生长速率等其他参数，减少异质界面的缺陷，提高外延层的质量。

3、在砷化镓缓冲层掺入铟源，得到低铟组分的与锗衬底晶格匹配的赝砷化镓过渡层是抑制缺陷获得高质量激光器结构的重要步骤。

附图说明：

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实例及附图详细说明如后，其中：

图1-图5为本发明基于硅基赝砷化镓衬底的850nm激光器的制备方法流程图。

具体实施方式