[发明专利]一种基于GOI结构的诱导应变半导体激光器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于GOI结构的诱导应变半导体激光器包括衬底，衬底为N型单晶硅衬底；衬底上表面依次生长二氧化硅或三氧化二铝低折射率氧化物层、单晶锗层；单晶锗层上通过电极工艺和离子注入分区掺杂工艺从左至右依次制备p++重掺杂层、p+限制层、p波导层、势垒层、n++量子阱层、势垒层、n+波导层、n限制层、p++重掺杂层；两侧p++重掺杂层上表面分别制备了正、负电极；p波导层、势垒层、n++量子阱层、势垒层和n+波导层之上生长一层三氧化二铝绝缘层；三氧化二铝绝缘层上生长镍膜或铂膜为应力增强层；前、后腔面经过抛光形成前后腔镜面。本发明具有较高的亮度，结构简单，制作工艺简便，易于大批量、高集成度、低成本生产。

技术领域

本发明属于半导体光电子技术领域，更具体的说是涉及一种基于GOI结构的诱导应变半导体激光器及其制备方法。

背景技术

基于GOI结构的诱导应变半导体激光器适合于1300-2100nm波长光通信和硅光集成的相关的应用集成开发。光通信方面，基于GOI结构的诱导应变半导体激光器可以涵盖主要光通信波长；硅光集成方面，基于GOI结构的诱导应变半导体激光器工艺与硅光工艺兼容，便于实现大规模光电集成。未来，基于GOI结构的诱导应变半导体激光器将催生新一代光通信、硅光集成、纳米技术、材料科学、生物技术、化学分析、等离子体物理等学科的发展。

目前，硅光集成方面相关应用受到集成激光光源芯片一体化的限制，锗作为已知间接带隙中能带(0.8eV)较窄的半导体材料，其间接带隙与直接带隙相差仅140meV，通过外延和后工艺技术手段可实现带隙类型和带宽的转变。尽管如此，目前仍然没有适当技术手段实现GOI结构激光器化。因为半导体激光器有源区结构中，材料必须为直接带隙材料才能获得高的发光效率和光电转换效率，所以锗作为量子阱，必须转化为直接带隙材料。目前为止，还没有基于GOI结构的诱导应变半导体激光器结构出现。而其他非集成的半导体的半导体激光器体集成度低、工艺不兼容、成本高、制造困难，不利于相关应用及产品的进步与发展。

因此，如何提供一种基于GOI结构的诱导应变半导体激光器及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于GOI结构的诱导应变半导体激光器及其制备方法，可以实现一定的输出功率，具有较高的亮度，且本发明的结构简单，制作工艺简便，易于大批量、高集成度、低成本生产。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于GOI结构的诱导应变半导体激光器，包括：

衬底，所述衬底为N型单晶硅衬底；

在所述衬底上表面依次生长的二氧化硅或三氧化二铝氧化物层、单晶锗层；

在所述单晶锗层上通过电极工艺和离子注入分区掺杂工艺从左至右依次生长p++重掺杂层、p+限制层、p波导层、势垒层、n++量子阱层、势垒层、n+波导层、n限制层、p++重掺杂层；

在两侧的p++重掺杂层上表面分别制备了正、负电极；

在p波导层、势垒层、n++量子阱层、势垒层和n+波导层之上生长一层三氧化二铝绝缘层；

在三氧化二铝绝缘层上生长的镍膜或铂膜为应力增强层；

在前、后腔面经过抛光形成前后腔镜面。

优选的，所述N型单晶硅衬底的厚度为300μm～500μm，N型掺杂浓度为1E18cm^-3～6E18cm^-3。

优选的，二氧化硅或三氧化二铝氧化物层的厚度为0.05μm～1μm，单晶锗层厚度为0.1μm～2μm。