[发明专利]一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法

说明书

本发明提供了一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法。所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构包括依次层叠设置的GaAsOI衬底、GaAs缓冲层和下接触层、AlGaAs下阻挡层、InAs量子点有源区、AlGaAs上阻挡层及GaAs上接触层，所述GaAsOI衬底为从GaAs衬底上剥离并转移至CMOS兼容的SOI衬底上，并经处理后得到的GaAs单晶薄膜。本发明可以实现在与CMOS工艺兼容的SOI衬底上制备InAs量子点激光器，适合于硅基光电集成缺少核心光源的研制，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体光电子材料及器件技术领域，特别涉及一种基于GaAsOI(GaAson insulator，绝缘体上砷化镓)衬底的InAs(砷化铟)量子点激光器结构及制备方法。

背景技术

硅(Si)基光电集成技术作为实现未来超高速超低损耗光互连技术的重要基础，其已成为当前信息技术发展的重要前沿研究领域，而目前实现Si基光电集成及Si基片上、片间光互连最为关键的问题是优质Si基光源的制备。在各种结构的激光器中，量子点激光器具有阈值电流密度低、特征温度高和光增益高等优点，尤其是对缺陷的敏感度低，因此研制Si基量子点激光器件在Si基光源的制备方面有着重要的意义和广阔的应用前景。

目前国际上，Si衬底上III-V族器件的制备办法主要有两大类。第一类是键合，将Si衬底与III-V族外延材料通过真空键合的方式组合在一起，然后再进行后续器件工艺。但是高质量大尺寸衬底的键合仍具有很高难度，键合的界面对器件特性也有很大影响。第二类方式是在Si衬底上外延生长III-V族材料，但是由于Si与GaAs(砷化镓)之间存在原子极性的差异，因而容易在GaAs外延材料中产生反相畴问题，且二者之间还存在较大的晶格失配和热失配，Si上直接外延GaAs时控制位错和和材料表面的微裂缝都是极具挑战性的世界级难题。虽然可以通过在Si衬底上先外延Ge(锗)再生长GaAs、或者通过在Si衬底上外延GaSb(锑化镓)等方法抑制位错，但效果均距商用差距较远；虽然将GaAs生长到带斜切角的Si衬底上，通过生长较厚的缓冲层在一定程度上消除了反向畤和抑制了位错，但这增加了器件制备的难度，同时材料质量存在着一定程度的退化。

所以，迫切需要发展无斜切角Si衬底上制备InAs量子点激光器的方法，以应对硅光技术的迅速发展和市场需求。

发明内容

本发明提供了一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法，该方法采用成熟的GaAsOI为衬底，该衬底是通过智能剥离技术从GaAs商用衬底上剥离下来的厚度为200～1000nm的GaAs单晶薄膜并转移至CMOS(互补式金属氧化物半导体，ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor)兼容的SOI(绝缘体上硅)衬底上，经真空键合和抛光处理得到的，通过分子束外延技术依次生长GaAs缓冲层和下接触层，AlGaAs(砷化铝镓)下阻挡层，InAs量子点有源区，AlGaAs上阻挡层和GaAs上接触层。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，包括依次层叠设置的GaAsOI衬底、GaAs缓冲层和下接触层、AlGaAs下阻挡层、InAs量子点有源区、AlGaAs上阻挡层及GaAs上接触层，所述GaAsOI衬底为从GaAs衬底上剥离并转移至CMOS兼容的SOI衬底上，并经处理后得到的GaAs单晶薄膜。

优选地，所述的GaAsOI衬底具体为：通过智能剥离与衬底转移技术，从GaAs商用衬底上剥离并转移至CMOS兼容的SOI衬底上，经过包括真空键合、抛光的工艺处理获得的GaAs单晶薄膜；

优选地，所述从GaAs商用衬底上剥离下来的GaAs单晶薄膜厚度为200～1000nm。

优选地，所述的GaAs商用衬底包含半绝缘或导电GaAs衬底。