CN113178771A - 一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法 - Google Patents
一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113178771A CN113178771A CN202110463249.6A CN202110463249A CN113178771A CN 113178771 A CN113178771 A CN 113178771A CN 202110463249 A CN202110463249 A CN 202110463249A CN 113178771 A CN113178771 A CN 113178771A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- gaas
- substrate
- gaasoi
- quantum dot
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 106
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 59
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 55
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 55
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 107
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 37
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 16
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 13
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 8
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 8
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 8
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 abstract description 8
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 72
- 239000000463 material Substances 0.000 description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 1
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N gallium antimonide Chemical compound [Sb]#[Ga] VTGARNNDLOTBET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/0206—Substrates, e.g. growth, shape, material, removal or bonding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34313—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer having only As as V-compound, e.g. AlGaAs, InGaAs
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Recrystallisation Techniques (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
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。
Description
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。
优选地，所述GaAs缓冲层和下接触层厚度为30～400nm，兼具有缓冲层和下接触层的功能；所述AlGaAs下阻挡层厚度为1～1.5μm；所述AlGaAs上阻挡层厚度为1～1.5μm；所述的GaAs上接触层厚度为30～300nm。
优选地，所述InAs量子点有源区中量子点层为1～9个周期。
优选地，所述AlGaAs下阻挡层包括层叠设置的高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层及掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层，所述掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层为Al含量为由80％渐变至35％的AlGaAs层；
所述InAs量子点有源区包括依次层叠设置的GaAs过渡层、InGaAs应变层、InAs量子点层、InGaAs覆盖层及GaAs隔离层，所述InGaAs应变层及所述InGaAs覆盖层中In的组分为15％；
所述AlGaAs上阻挡层包括层叠设置的掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层及高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层，所述掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层为Al含量为由35％渐变至80％的AlGaAs层；
所述GaAs上接触层为高掺p型GaAs上接触层。
本发明提供的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、制备GaAsOI衬底：将GaAs衬底转移至CMOS兼容的SOI衬底上，经过包括真空键合、抛光的工艺处理，获取GaAs单晶薄膜的GaAsOI衬底；
步骤S2、在GaAsOI衬底上生长制备GaAs缓冲层和下接触层；
步骤S3、在GaAs缓冲层和下接触层上生长制备AlGaAs下阻挡层；
步骤S4、在AlGaAs下阻挡层上生长制备InAs量子点有源区；
步骤S5、在InAs量子点有源区上生长制备AlGaAs上阻挡层；
步骤S6、在AlGaAs上阻挡层上生长制备GaAs上接触层。
优选地，所述步骤S2具体为：将GaAsOI(100)衬底传入分子束外延生长室，生长高掺杂n型GaAs作为缓冲层，该层也可用作下接触层，即为所述GaAs缓冲层和下接触层；
所述步骤S3具体包括如下步骤：
步骤S31、生长Al含量为80％的高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层；
步骤S32、生长Al含量由80％渐变至35％的掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层；
所述步骤S4具体包括如下步骤：
步骤S41、生长GaAs过渡层；
步骤S42、生长In组分为15％的InGaAs应变层；
步骤S43、生长InAs量子点层；
步骤S44、生长In组分为15％的InGaAs覆盖层；
步骤S45、生长GaAs隔离层；
所述步骤S5具体包括如下步骤：
步骤S51、生长Al含量由35％渐变至80％的掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层；
步骤S52、生长Al含量为80％的高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层。
优选地，所述步骤S2中，所述高掺杂n型GaAs作为缓冲层的厚度为300nm，电子浓度为2×1018cm-3；
所述步骤S31中，所述高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层的厚度为1μm，电子浓度为2×1018cm-3；
所述步骤S32中，所述掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层的厚度为500nm，电子浓度为6×1017cm-3；
所述步骤S41中，所述GaAs过渡层的厚度为50nm；
所述步骤S42中，所述InGaAs应变层的厚度为4nm；
所述步骤S43中，所述InAs量子点层的厚度为2.3ML；
所述步骤S44中，所述InGaAs覆盖层的厚度为2nm；
所述步骤S45中，所述GaAs隔离层的厚度为50nm；
所述步骤S51中，所述掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层的厚度为500nm，空穴浓度为6×1017cm-3；
所述步骤S52中，所述高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层的厚度为1μm，空穴浓度为1×1019cm-3；
所述步骤S6中，所述高掺p型GaAs上接触层的厚度为150nm、空穴浓度为2×1019cm-3。
本发明能够取得下列有益效果：
本发明采用GaAsOI为衬底，制备InAs量子点激光器时，有了与CMOS兼容且工艺成熟的SOI衬底作为媒介，为解决硅基光电集成技术中的硅基光源提供了解决方案；而且，SOI衬底制备工艺成熟，能够降低制造成本，有良好的产业化前景；更为重要的是，该制备方法的理念还可用于在SOI衬底上制备其他III-V族材料与器件，具有很好的通用性。
附图说明
图1为本发明的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构的结构示意图；
图2为本发明的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构的一较佳实施例，一种GaAsOI衬底上1.31μm的InAs量子点激光器结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明针对现有的问题，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，如图1所示，本发明的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构包括从下至上依次层叠设置的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。
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；
所述从GaAs商用衬底上剥离下来的GaAs单晶薄膜厚度为200～1000nm。
所述的GaAs商用衬底包含半绝缘或导电GaAs衬底。
所述GaAs缓冲层和下接触层厚度为30～400nm，兼具有缓冲层和下接触层的功能；所述AlGaAs下阻挡层厚度为1～1.5μm；所述AlGaAs上阻挡层厚度为1～1.5μm；所述的GaAs上接触层厚度为30～300nm。
所述InAs量子点有源区中量子点层为1～9个周期。
本发明提供的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构的制备方法，包括如下步骤：
步骤S1、制备GaAsOI衬底：将GaAs衬底转移至CMOS兼容的SOI衬底上，经过包括真空键合、抛光的工艺处理，获取GaAs单晶薄膜的GaAsOI衬底；
步骤S2、在GaAsOI衬底上生长制备GaAs缓冲层和下接触层；
步骤S3、在GaAs缓冲层和下接触层上生长制备AlGaAs下阻挡层；
步骤S4、在AlGaAs下阻挡层上生长制备InAs量子点有源区；
步骤S5、在InAs量子点有源区上生长制备AlGaAs上阻挡层；
步骤S6、在AlGaAs上阻挡层上生长制备GaAs上接触层。
如图2所示，在本发明的一较佳实施例中，具体为一种GaAsOI衬底上1.31μm的InAs量子点激光器结构，其具体结构为：
所述AlGaAs下阻挡层包括从下至上层叠设置的高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层及掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层，所述掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层为Al含量为由80％渐变至35％的AlGaAs层；
所述InAs量子点有源区包括依次从下至上层叠设置的GaAs过渡层、InGaAs应变层、InAs量子点层、InGaAs覆盖层及GaAs隔离层，所述InGaAs应变层及所述InGaAs覆盖层中In的组分为15％；
所述AlGaAs上阻挡层包括从下至上层叠设置的掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层及高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层，所述掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层为Al含量为由35％渐变至80％的AlGaAs层。
图1及图2中，底色的灰度是代表半导体材料的禁带宽度，禁带宽度越宽，则颜色越透明。
在本发明的一较佳实施例的一种GaAsOI衬底上1.31μm的InAs量子点激光器结构的制备方法具体为：
步骤S1、制备GaAsOI衬底：将GaAs衬底转移至CMOS兼容的SOI衬底上，经过包括真空键合、抛光的工艺处理，获取GaAs单晶薄膜的GaAsOI衬底；
步骤S2、将GaAsOI(100)衬底传入分子束外延生长室，生长约300nm的高掺杂n型GaAs作为缓冲层，电子浓度为2×1018cm-3，该层也可用作下接触层，即为所述GaAs缓冲层和下接触层；
步骤S3、在GaAs缓冲层和下接触层上生长制备AlGaAs下阻挡层；具体包括如下步骤：
步骤S31、生长厚度为1μm的Al含量为80％的高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层，电子浓度为2×1018cm-3；
步骤S32、生长厚度为500nm的Al含量由80％渐变至35％的掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层，电子浓度为6×1017cm-3；
步骤S4、在AlGaAs下阻挡层上生长制备InAs量子点有源区；
具体包括如下步骤：
步骤S41、生长GaAs过渡层，厚度为50nm；
步骤S42、生长In组分为15％的InGaAs应变层，厚度为4nm；
步骤S43、生长InAs量子点层，厚度为2.3ML；
步骤S44、生长In组分为15％的InGaAs覆盖层，厚度为2nm；
步骤S45、生长GaAs隔离层，厚度为50nm；
步骤S5、在InAs量子点有源区上生长制备AlGaAs上阻挡层；具体包括如下步骤：
步骤S51、生长厚度为500nm的Al含量由35％渐变至80％的掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层，空穴浓度为6×1017cm-3；
步骤S52、生长厚度为1μm的Al含量为80％的高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层，空穴浓度为1×1019cm-3；
步骤S6、生长厚度为150nm、空穴浓度为2×1019cm-3的高掺p型GaAs上接触层。
本发明能够取得下列有益效果：
本发明采用GaAsOI为衬底，制备InAs量子点激光器时，有了与CMOS兼容且工艺成熟的SOI衬底作为媒介，为解决硅基光电集成技术中的硅基光源提供了解决方案；而且，SOI衬底制备工艺成熟，能够降低制造成本，有良好的产业化前景；更为重要的是，该制备方法的理念还可用于在SOI衬底上制备其他III-V族材料与器件，具有很好的通用性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，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。
2.根据权利要求1所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，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。
3.根据权利要求2所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，所述从GaAs商用衬底上剥离下来的GaAs单晶薄膜厚度为200～1000nm。
4.根据权利要求2所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，所述的GaAs商用衬底包含半绝缘或导电GaAs衬底。
5.根据权利要求1所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，所述GaAs缓冲层和下接触层厚度为30～400nm，兼具有缓冲层和下接触层的功能；所述AlGaAs下阻挡层厚度为1～1.5μm；所述AlGaAs上阻挡层厚度为1～1.5μm；所述的GaAs上接触层厚度为30～300nm。
6.根据权利要求1所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，所述InAs量子点有源区中量子点层为1～9个周期。
7.根据权利要求1所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构，其特征在于，所述AlGaAs下阻挡层包括层叠设置的高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层及掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层，所述掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层为Al含量为由80％渐变至35％的AlGaAs层；
所述InAs量子点有源区包括依次层叠设置的GaAs过渡层、InGaAs应变层、InAs量子点层、InGaAs覆盖层及GaAs隔离层，所述InGaAs应变层及所述InGaAs覆盖层中In的组分为15％；
所述AlGaAs上阻挡层包括层叠设置的掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层及高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层，所述掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层为Al含量为由35％渐变至80％的AlGaAs层；
所述GaAs上接触层为高掺p型GaAs上接触层。
8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、制备GaAsOI衬底：将GaAs衬底转移至CMOS兼容的SOI衬底上，经过包括真空键合、抛光的工艺处理，获取GaAs单晶薄膜的GaAsOI衬底；
步骤S2、在GaAsOI衬底上生长制备GaAs缓冲层和下接触层；
步骤S3、在GaAs缓冲层和下接触层上生长制备AlGaAs下阻挡层；
步骤S4、在AlGaAs下阻挡层上生长制备InAs量子点有源区；
步骤S5、在InAs量子点有源区上生长制备AlGaAs上阻挡层；
步骤S6、在AlGaAs上阻挡层上生长制备GaAs上接触层。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：将GaAsOI(100)衬底传入分子束外延生长室，生长高掺杂n型GaAs作为缓冲层，该层也可用作下接触层，即为所述GaAs缓冲层和下接触层；
所述步骤S3具体包括如下步骤：
步骤S31、生长Al含量为80％的高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层；
步骤S32、生长Al含量由80％渐变至35％的掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层；
所述步骤S4具体包括如下步骤：
步骤S41、生长GaAs过渡层；
步骤S42、生长In组分为15％的InGaAs应变层；
步骤S43、生长InAs量子点层；
步骤S44、生长In组分为15％的InGaAs覆盖层；
步骤S45、生长GaAs隔离层；
所述步骤S5具体包括如下步骤：
步骤S51、生长Al含量由35％渐变至80％的掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层；
步骤S52、生长Al含量为80％的高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述高掺杂n型GaAs作为缓冲层的厚度为300nm，电子浓度为2×1018cm-3；
所述步骤S31中，所述高掺杂n型Al0.8Ga0.2As下包覆层的厚度为1μm，电子浓度为2×1018cm-3；
所述步骤S32中，所述掺杂n型AlxGa1-xAs下波导层的厚度为500nm，电子浓度为6×1017cm-3；
所述步骤S41中，所述GaAs过渡层的厚度为50nm；
所述步骤S42中，所述InGaAs应变层的厚度为4nm；
所述步骤S43中，所述InAs量子点层的厚度为2.3ML；
所述步骤S44中，所述InGaAs覆盖层的厚度为2nm；
所述步骤S45中，所述GaAs隔离层的厚度为50nm；
所述步骤S51中，所述掺杂p型AlxGa1-xAs上波导层的厚度为500nm，空穴浓度为6×1017cm-3；
所述步骤S52中，所述高掺杂p型Al0.8Ga0.2As上包覆层的厚度为1μm，空穴浓度为1×1019cm-3；
所述步骤S6中，所述高掺p型GaAs上接触层的厚度为150nm、空穴浓度为2×1019cm-3。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110463249.6A CN113178771B (zh) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | 一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110463249.6A CN113178771B (zh) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | 一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113178771A true CN113178771A (zh) | 2021-07-27 |
| CN113178771B CN113178771B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=76926821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110463249.6A Active CN113178771B (zh) | 2021-04-23 | 2021-04-23 | 一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113178771B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115085009A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种高性能InAs量子点激光器及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5898721A (en) * | 1997-02-14 | 1999-04-27 | Opto Power Corporation | InGaAsP/AlGaAs/GaAs hetero structure diode laser containing indium |
| US20080232417A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor light emitting device and fabrication method for semiconductor light emitting device |
| CN103050432A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种GaAsOI结构及Ⅲ-ⅤOI结构的制备方法 |
| US20160322787A1 (en) * | 2014-01-10 | 2016-11-03 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor element and method of manufacturing the same |
| CN108565209A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-09-21 | 北京工业大学 | 一种基于SOI衬底的GaAs外延薄膜及其制备方法和应用 |
| CN108736316A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-02 | 北京嘉圣光通科技有限公司 | 制作垂直腔面发射激光器的方法及垂直腔面发射激光器 |
| CN111540671A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-14 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种基于cmos技术兼容硅衬底的iii-v族化合物材料生长方法 |
| CN111883524A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-03 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法 |
-
2021
- 2021-04-23 CN CN202110463249.6A patent/CN113178771B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5898721A (en) * | 1997-02-14 | 1999-04-27 | Opto Power Corporation | InGaAsP/AlGaAs/GaAs hetero structure diode laser containing indium |
| US20080232417A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-09-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor light emitting device and fabrication method for semiconductor light emitting device |
| CN103050432A (zh) * | 2012-12-20 | 2013-04-17 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种GaAsOI结构及Ⅲ-ⅤOI结构的制备方法 |
| US20160322787A1 (en) * | 2014-01-10 | 2016-11-03 | Fujitsu Limited | Optical semiconductor element and method of manufacturing the same |
| CN108565209A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-09-21 | 北京工业大学 | 一种基于SOI衬底的GaAs外延薄膜及其制备方法和应用 |
| CN108736316A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-02 | 北京嘉圣光通科技有限公司 | 制作垂直腔面发射激光器的方法及垂直腔面发射激光器 |
| CN111540671A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-14 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种基于cmos技术兼容硅衬底的iii-v族化合物材料生长方法 |
| CN111883524A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-11-03 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| SHUYAN ZHAO 等: "Stress and strain analysis of Si-based III–V template fabricated by ion-slicing", 《CHINESE PHYSICS B》, vol. 29, no. 7, pages 077303 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115085009A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-09-20 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种高性能InAs量子点激光器及其制备方法 |
| CN115085009B (zh) * | 2022-07-27 | 2022-11-22 | 湖南汇思光电科技有限公司 | 一种InAs量子点激光器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113178771B (zh) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8410523B2 (en) | Misfit dislocation forming interfacial self-assembly for growth of highly-mismatched III-SB alloys | |
| US8304805B2 (en) | Semiconductor diodes fabricated by aspect ratio trapping with coalesced films | |
| JP5117588B2 (ja) | 窒化物半導体結晶層の製造方法 | |
| US20150053257A1 (en) | Multi-junction solar cell and use thereof | |
| CN111883524B (zh) | 一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法 | |
| JPS61172381A (ja) | ＩｎＰ系化合物半導体装置 | |
| CN107910750B (zh) | 一种半导体激光器材料的制备方法 | |
| CN111628410A (zh) | 一种1.55微米波长硅基量子点激光器外延材料及制备方法 | |
| KR19980080367A (ko) | 반도체기판과 그의 제작방법 및 해당 반도체기판에 제작된 전자 소자 | |
| KR20140121192A (ko) | 기판 구조체 및 이를 포함하는 반도체 소자 | |
| JP2010225870A (ja) | 半導体素子 | |
| CN111403505A (zh) | 一种双极型可见光探测器及其制备方法 | |
| CN113178771B (zh) | 一种基于GaAsOI衬底的InAs量子点激光器结构及制备方法 | |
| CN115085009A (zh) | 一种高性能InAs量子点激光器及其制备方法 | |
| US7588954B2 (en) | InGaAs/GaAs lasers on silicon produced by LEPECVD and MOCVD | |
| JPS61108187A (ja) | 半導体光電子装置 | |
| JPH0677580A (ja) | オプトエレクトロニクス部品用の半導体構造 | |
| Amin et al. | Reduced Threading Dislocation Density in a Ge Epitaxial Film on a Submicron-Patterned Si Substrate Grown by Chemical Vapor Deposition | |
| WO2016127675A1 (zh) | 光电子器件及其制作方法 | |
| US8853529B2 (en) | Flexible III-V solar cell structure | |
| KR20190044235A (ko) | 격자 부정합 완충 구조를 갖는 다중 접합 태양전지 및 이의 제조 방법 | |
| KR101476143B1 (ko) | 화합물 반도체 에피택셜 웨이퍼 및 그 제조방법 | |
| CN111262127B (zh) | 一种硅基InGaAs激光器衬底的制备方法、衬底和激光器 | |
| CN112951940B (zh) | 一种基于InPOI衬底的InGaAs探测器结构及制备方法 | |
| CN114914790A (zh) | 一种可单片集成的低损耗硅基激光器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |