[发明专利]硅基锗激光器及其制备方法

权利要求书

1.一种硅基锗激光器，其特征在于，包括：

硅材料，具有相应的晶向；

锗层，外延生长于所述硅材料上，包括：

锗脊形波导，由刻蚀锗层形成；

p型掺杂区和n型掺杂区，形成于所述锗脊形波导的两侧；

所述p型掺杂区、锗脊形波导和n型掺杂区形成横向p-i-n二极管结构，所述锗脊形波导作为有源层构成全部或部分的激光谐振腔；

绝缘介质层，形成于所述锗层的上方；以及

p电极和n电极，形成于所述绝缘介质层的上方，所述锗脊形波导的两侧，分别与所述p型掺杂区和n型掺杂区电性连接。

2.根据权利要求1所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述硅材料为未掺杂或掺杂浓度小于1×10¹⁶cm^-3的硅材料。

3.根据权利要求1所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述硅材料的晶向为(100)方向，所述锗脊形波导沿其(110)晶向方向延伸；或

所述硅材料的晶向为(110)方向，所述锗脊形波导沿其(111)晶向方向延伸。

4.根据权利要求1所述的硅基锗激光器，其特征在于：所述p型掺杂区和n型掺杂区与所述锗脊形波导侧边沿的距离小于200nm；或

所述p型掺杂区和n型掺杂区扩散至所述锗脊形波导的侧边沿内。

5.根据权利要求4所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述p型掺杂区和n型掺杂区渗透进所述锗脊形波导侧边沿内的距离为50nm。

6.根据权利要求1所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述p电极和n电极与所述锗脊形波导侧边沿的距离大于1μm。

7.根据权利要求1所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述锗脊形波导的两端面与该锗脊形波导延伸的方向垂直。

8.根据权利要求1所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述锗脊形波导的两端面之间构成激光谐振腔，其中：

所述锗脊形波导的两端面为解理面，或者

所述锗脊形波导的两端面经刻蚀形成能起到光反射作用的波导光栅。

9.根据权利要求8所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述锗脊形波导两端面的解理面为(110)晶向或(111)晶向。

10.根据权利要求1至6中任一项所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述锗脊形波导两端面其中之一镀有高反射膜。

11.根据权利要求1至6中任一项所述的硅基锗激光器，其特征在于，所述硅材料为硅衬底或SOI衬底上层的硅材料。

12.一种制备方法，用于制备权利要求1至11中任一项所述的硅基锗激光器，其特征在于，包括：

步骤A，在硅材料的表面外延生长锗层；

步骤B，刻蚀锗层形成锗脊形波导，对该锗脊形波导两侧的锗层进行掺杂以形成p型掺杂区和n型掺杂区，所述p型掺杂区、锗脊形波导和n型掺杂区形成横向p-i-n二极管结构；

步骤C，在所述锗脊形波导、p型掺杂区和n型掺杂区的上方沉积绝缘介质层；

步骤D，形成分别与所述p型掺杂区和n型掺杂区电性连接的p电极和n电极；以及

步骤E，在所述锗脊形波导的两端面之间形成光学谐振腔。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述硅材料的晶向为(100)方向，所述步骤B包括：

子步骤B1，刻蚀部分锗层，形成沿(110)方向延伸的锗脊形波导；

子步骤B2，对所述锗脊形波导两侧的锗层进行掺杂，形成p型掺杂区和n型掺杂区，所述掺杂方法为离子注入方法或扩散方法。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，所述子步骤B2中，采用自对准斜角度离子注入法对所述锗脊形波导两侧的锗层进行掺杂，形成p型掺杂区和n型掺杂区。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤E包括：

将所述锗脊形波导的两端面解离为(110)面或在锗脊形波导的两端面刻蚀形成能起到光反射作用的波导光栅；或者

通过刻蚀或解理和化学机械抛光获得垂直于所述锗脊形波导方向的端面。

16.根据权利要求12至14中任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括：

步骤F，在所述锗脊形波导的两端面其中之一镀高反射膜，从而将该锗脊形波导的另一端面作为激光出射面。