[发明专利]一种聚合物辅助键合的混合型激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚合物辅助键合的混合型激光器及其制备方法。混合型激光器包括：带有透明导电介质ITO的硅基波导微腔结构；带有自然解理形成法布里‑波罗腔的Ⅲ‑Ⅴ族激光器；Ⅲ‑Ⅴ族激光器位于硅基波导微腔结构之上，二者通过PVA辅助键合材料键合，Ⅲ‑Ⅴ族激光器的n型衬底接触硅基波导微腔结构上的ITO透明导电层，通过在金属电极和ITO上施加电压使得Ⅲ‑Ⅴ族激光器实现电学泵浦。该制备方法包括：制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构；制作Ⅲ‑Ⅴ族激光器，并对Ⅲ‑Ⅴ族激光器的衬底进行减薄；对硅基波导微腔结构上的聚合物进行聚合物软化，增加聚合物的粘度，并将Ⅲ‑Ⅴ族激光器置于带有透明导电介质的硅基波导微腔结构之上，使二者对准键合。

技术领域

本发明涉及混合激光器的键合技术领域，尤其涉及了一种聚合物代替金属来辅助键合的Ⅲ-Ⅴ族激光器与硅基波导微腔结构的混合型激光器及其制备方法。

背景技术

硅基材料在现代半导体工艺中具有重要地位，其工艺最为成熟，应用最为广泛。但是，硅基材料的主要元素是硅，为间接带隙材料，发光效率低，不适合作为激光器光源。而Ⅲ-Ⅴ族半导体材料是直接带隙材料，如果在硅基上直接生长Ⅲ-Ⅴ族材料，由于晶格不匹配，生长困难，限制了Ⅲ-Ⅴ族激光器的发展。基于两种材料各自的优点，混合激光器成为一种较好的解决方案，目前制作混合激光器的常用方法是采用键合技术来组合两种材料。利用键合技术，将SOI(绝缘体上硅)硅基器件与Ⅲ-Ⅴ族半导体激光器结合起来制作硅基光源，避免由于晶格常数不匹配造成器件性能降低，成功实现硅基法布里-波罗(FP)键合硅基激光器，分布式布拉格反射(DBR)激光器和分布式反馈(DFB)硅基单模FP腔激光器等激光器的激射发光。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提出一种聚合物辅助键合的Ⅲ-Ⅴ族激光器与硅基波导微腔结构的混合型激光器及其制备方法，以实现Ⅲ-Ⅴ族激光器与硅基波导微腔结构的键合

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种聚合物辅助键合的混合型激光器的制备方法，该方法包括：制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构；制作Ⅲ-Ⅴ族激光器，并对Ⅲ-Ⅴ族激光器的衬底进行减薄；对硅基波导微腔结构上的聚合物进行聚合物软化，增加聚合物的粘度，并将Ⅲ-Ⅴ族激光器置于带有透明导电介质的硅基波导微腔结构之上，使二者对准键合。

上述方案中，所述制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构，具体包括：

步骤101：对SOI片进行处理，使用硫酸双氧水进行清洗，清洗后的硅波导进行光刻，采用离子刻ICP进行刻蚀，形成带有阻挡结构的硅波导组合；

步骤102：刻蚀生成硅波导后对晶片进行清洗，并进行台阶测试，测试后制作透明导电介质，作为和Ⅲ-Ⅴ族激光器进行接触的导电介质；

步骤103：旋涂聚合物PVA在硅波导晶片全平面，在均匀旋涂的表面再次旋涂光刻胶进行曝光，光刻胶保护住器件之间的PVA，暴露出硅波导组合区域，经过显影后进行腐蚀处理；

步骤104：将晶片浸泡在水中，利用PVA溶于水，可以被水腐蚀的性质，对被光刻胶选区的晶片进行腐蚀；被光刻胶保护的区域没有接触水溶液，只会发生侧蚀，而没有光刻胶保护的区域之间接触水溶液，在浸泡过程中被水溶液腐蚀去掉，依照曝光形成的图形形成选区覆盖；

步骤105：形成选区后浸泡丙酮去除光刻胶，进行键合前的准备；聚合物PVA不溶于丙酮，而曝光所选择的光刻胶则很容易被丙酮去除；去除光刻胶后，聚合物PVA选区覆盖在没有波导区域，形成带有透明导电介质ITO的硅基波导微腔结构。

上述方案中，所述步骤102中所述制作透明导电介质，采用MOCVD或磁控溅射方法，透明导电介质为ITO。

上述方案中，所述制备带有透明导电介质的硅基波导微腔结构，采用SOI材料，且SOI材料厚度在200nm-2um范围。