[发明专利]一种微纳复合结构光子集成芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种微纳复合结构光子集成芯片的制备方法，其特征在于：该微纳复合结构光子集成芯片包括依次叠合设置的硅衬底层（1）、缓冲层（2）、非掺杂GaN层（3）、n型GaN层（4）、InGaN/GaN多量子阱层（5）和p型GaN层（6）；所述的p型GaN层（6）向下刻蚀至n型GaN层（4）后形成LED器件和光电探测器，在所述的LED器件和光电探测器之间形成波导；所述的LED器件和光电探测器均分别包括p型电极、n型电极和刻蚀后形成的p型区域，在所述的p型区域上设置与p型电极相连的Ni/Au电流扩展层（7），所述的p型电极设置在二氧化硅层（8）上，所述的n型电极和二氧化硅层（8）均分别设置在n型台面上；其制备方法包括如下步骤：

1）叠合设置硅衬底层（1）、缓冲层（2）、非掺杂GaN层（3）、n型GaN层（4）、InGaN/GaN多量子阱层（5）和p型GaN层（6）得到InGaN/GaN多量子阱LED外延片，对硅衬底层（1）抛光，在InGaN/GaN多量子阱LED外延片表面生长二氧化硅层（8）；

2）将聚苯乙烯微球（10）转移至所述的InGaN/GaN多量子阱LED外延片表面，刻蚀聚苯乙烯微球（10）；在InGaN/GaN多量子阱LED外延片表面蒸镀一层的镍金属层，去掉聚苯乙烯微球（10）模板，在二氧化硅层（8）表面形成Ni纳米孔金属层（11）；

3）定义出LED器件的p型区域，以暴露出来p型区域中的Ni纳米孔金属层（11）为模板，采用RIE刻蚀二氧化硅层（8）贯穿至p型GaN层（6），形成二氧化硅层（8）纳米孔；以二氧化硅层（8）纳米孔层为模板，刻蚀LED外延片贯穿至n型GaN层（4）；

4）定义LED器件、光电探测器与波导区域，采用ICP刻蚀LED外延片向下贯穿至n型GaN层（4），露出n型GaN台面；

5）定义出LED器件和光电探测器的p型区域，利用PVD在暴露出来的p型区域蒸镀Ni/Au电流扩展层（7）；

6）在InGaN/GaN多量子阱LED外延片表面生长二氧化硅层（8），然后光刻定义二氧化硅层（8）区域，采用RIE刻蚀工艺完成二氧化硅层（8）图形；

7）定义p型电极与n型电极，利用电子束蒸镀技术蒸镀Cr/Au 层（9）作为p型电极与n型电极，其中p型电极蒸镀在二氧化硅层（8）上，与Ni/Au电流扩展层（7）部分重叠，n型电极蒸镀在n型GaN层（4）的台面上，得到LED器件和光电探测器；

8）定义对准并覆盖波导、LED器件的悬空p型电极区和光电探测器的悬空p型电极区的背后刻蚀窗口，实现芯片悬空，即获得微纳复合结构光子集成芯片。

2.根据权利要求1所述的一种微纳复合结构光子集成芯片的制备方法，其特征在于：所述的n型台面为两个且均设置在n型GaN层（4）上，在每个所述的p型电极两侧对称设置n型电极。

3.根据权利要求1所述的一种微纳复合结构光子集成芯片的制备方法，其特征在于：所述的LED器件中， p型区域设置在InGaN/GaN多量子阱层（5）上，在p型区域设置有序的纳米孔阵列，纳米孔阵列的深度从p型区域表面穿过InGaN/GaN多量子阱层（5），直至n型GaN层（4）内部。

4.根据权利要求1所述的一种微纳复合结构光子集成芯片的制备方法，其特征在于：所述的光电探测器中， p型区域设置在InGaN/GaN多量子阱层（5）上。

5.根据权利要求1所述的一种微纳复合结构光子集成芯片的制备方法，其特征在于：在所述的波导、LED器件和光电探测器的下方设有空腔（12），使LED器件、光电探测器和波导悬空，所述的空腔（12）贯穿硅衬底层（1）、缓冲层（2）、非掺杂GaN层（3）至n型GaN层（4）的底面。

6.根据权利要求1所述的一种微纳复合结构光子集成芯片的制备方法，其特征在于：所述的p型电极由依次连接的悬空p型电极区、p型电极导电区和p型电极引线区组成；所述的n型电极由相互连接的n型电极导电区和n型电极引线区组成。