CN114530758A - 一种激光器结构的制备方法及其结构 - Google Patents
一种激光器结构的制备方法及其结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114530758A CN114530758A CN202210063059.XA CN202210063059A CN114530758A CN 114530758 A CN114530758 A CN 114530758A CN 202210063059 A CN202210063059 A CN 202210063059A CN 114530758 A CN114530758 A CN 114530758A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- substrate
- layer
- laser
- substrate structure
- substrate layer
- 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.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 292
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 19
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 34
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 32
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 21
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical group N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 17
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 15
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 10
- 238000001994 activation Methods 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 9
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 8
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 8
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 6
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 4
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001307 helium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 126
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 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
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02461—Structure or details of the laser chip to manipulate the heat flow, e.g. passive layers in the chip with a low heat conductivity
-
- 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
- H01S5/0215—Bonding to the substrate
-
- 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
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02476—Heat spreaders, i.e. improving heat flow between laser chip and heat dissipating elements
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
Abstract
本申请公开一种激光器结构的制备方法及其结构，包括对第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待制备绝缘结构的待生长区域，对绝缘结构进行刻蚀处理，得到波导结构，波导结构与第三衬底层连接设置，波导结构与第一衬底层间隔设置，且与第二衬底层间隔设置，对第二衬底结构进行离子注入，使得在第二衬底结构内形成缺陷层，键合第一衬底结构和第二衬底结构得到异质衬底结构，在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构，激光器脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。本申请可以提高后续制备的激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及器件制备领域，尤其涉及一种激光器结构的制备方法及其结构。
背景技术
随着信息通讯的高速发展，光子集成电路在光纤通信和高速计算等方面发挥着越来越重要的作用。由于硅是间接带隙结构，以其为衬底的传统集成电路亟待寻找有效的片上光源来实现高效的光子集成。相比之下，磷化铟InP和砷化镓GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体具有直接带隙结构，是取代片外光源，作为片上光源的极佳选择。近年来，基于Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和硅之间不同方法的异质集成，即硅基Ⅲ-Ⅴ器件取得了惊人的进展，被广泛应用于激光器、光电探测器、放大器及调制器等领域。
在硅基激光器、激光二极管等高功率光学器件制备过程中，硅基Ⅲ-Ⅴ器件目前在工艺方面亟待解决的是散热问题。由于Ⅲ-Ⅴ族半导体与硅衬底的异质集成常常通过SiO2作为中间介质层来实现键合亦或是存在埋氧层，而SiO2的热导系数非常低，具体为0.27W/cm·K，使得器件温度极易升高，进而会影响器件性能和寿命。例如散热受阻会限制输出功率和密度等等，尤其在激光器等器件中表现极为明显。
发明内容
本申请实施例提供了一种激光器结构的制备方法及其结构，可以提高后续制备的激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。并且，基于氮化硅在光学方面的大带宽和低传输功率，可以使得激光器结构与其他器件的进行耦合。
本申请实施例提供了一种激光器结构的制备方法，包括：
获取第一衬底结构和第二衬底结构；第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层，第一衬底层具有待刻蚀面，第二衬底结构具有待注入面；
从待刻蚀面对第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待生长区域；待生长区域的高度与第一衬底层和第二衬底层的高度和相等；
在待生长区域制备绝缘结构；绝缘结构与第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层连接设置；
对绝缘结构进行刻蚀处理，得到波导结构；波导结构与第三衬底层连接设置，波导结构与第一衬底层间隔设置，且与第二衬底层间隔设置；
从待注入面对第二衬底结构进行离子注入，使得在第二衬底结构内形成缺陷层；
对待刻蚀面和待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构；
在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构；激光器脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。
进一步地，对待刻蚀面和待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构之前，还包括：
将第一衬底结构和第二衬底结构置于键合机腔内进行气体激活处理，得到表面激活的第一衬底结构和表面激活的第二衬底结构；气体激活处理的气体包括氧气、氮气和氩气。
进一步地，第一衬底层的材料为硅；
第二衬底层的材料为二氧化硅；
第三衬底层的材料为硅；
第一衬底层的厚度小于第三衬底层的厚度。
进一步地，第二衬底结构的材料为Ⅲ-Ⅴ族化合物；
Ⅲ-Ⅴ族化合物包括磷化铟和砷化镓。
进一步地，从待注入面对第二衬底结构进行离子注入的注入能量的设定区间为50KeV-1000KeV；
从待注入面对第二衬底结构进行离子注入的注入剂量的设定区间为0.5×1016cm-2-1.5×1017cm-2；
从待注入面对第二衬底结构进行离子注入的离子种类为轻离子；轻离子包括氢离子和氦离子。
进一步地，对待刻蚀面和待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构，包括：
将待刻蚀面与待注入面进行键合处理，使得第一衬底结构和第二衬底结构连接；
沿第二衬底结构中的缺陷层剥离部分第二衬底结构，得到异质衬底结构。
进一步地，在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，包括：
在异质衬底结构上依次制备缓冲层、第一波导层、第一势垒层、有源区、第二波导层、第二势垒层和包覆层，得到外延结构；
对外延结构进行流片制备处理，得到激光器脊条结构。
进一步地，绝缘结构的材料为氮化硅。
进一步地，波导结构的宽度与激光器脊条结构的宽度的比值的设定区间为0.5-1。
相应地，本申请实施例提供了一种激光器结构，激光器结构是基于上述制备方法得到结构，激光器结构包括：
异质衬底结构，包括：
第一衬底结构；第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层、第三衬底层和待生长区域；
设置在待生长区域内的波导结构；波导结构与第三衬底层连接设置，波导结构与第一衬底层间隔设置，且与第二衬底层间隔设置；
设置在第一衬底结构上的第二衬底结构；
外延结构，外延结构设置在异质衬底结构的第二衬底结构上；
外延结构包括激光器脊条结构；激光器脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。
本申请实施例具有如下有益效果：
本申请实施例所公开的一种激光器结构的制备方法及其结构，包括获取第一衬底结构和第二衬底结构；第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层，第一衬底层具有待刻蚀面，第二衬底结构具有待注入面；从待刻蚀面对第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待生长区域；待生长区域的高度与第一衬底层和第二衬底层的高度和相等；在待生长区域制备绝缘结构；绝缘结构与第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层连接设置；对绝缘结构进行刻蚀处理，得到波导结构；波导结构与第三衬底层连接设置，波导结构与第一衬底层间隔设置，且与第二衬底层间隔设置；从待注入面对第二衬底结构进行离子注入，使得在第二衬底结构内形成缺陷层；对待刻蚀面和待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构；在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构；激光器脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。基于本申请实施例通过在第一衬底结构中制备高导热绝缘结构，可以提高后续制备的激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。并且，基于氮化硅在光学方面的大带宽和低传输功率，可以使得激光器结构与其他器件的进行耦合。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本申请实施例提供的一种激光器结构的制备方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种激光器结构的制备方法的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种激光器结构的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施例作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一个实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，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申请和简化描述，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申请的限制。术语“第一”、“第二”和“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”和“第三”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述以外的顺序实施。此外，术语“包括”、“具有”和“为”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
下面介绍本申请一种激光器结构的制备方法的具体实施例，图1是本申请实施例提供的一种激光器结构的制备方法的流程示意图，图2是本申请实施例提供的一种激光器结构的制备方法的示意图。本说明书提供了如实施例或流程图所示的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序，在实际执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
具体的如图1和2所示，该制备方法可以包括：
S101：获取第一衬底结构和第二衬底结构；第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层，第一衬底层具有待刻蚀面，第二衬底结构具有待注入面。
本申请实施例中，第一衬底结构可以为绝缘体上硅SOI，包括埋氧层，该埋氧层可以为二氧化硅层。也即是，第一衬底层的材料可以为硅，第二衬底层的材料可以为二氧化硅，第三衬底层的材料可以为硅。第一衬底层可以设置在第二衬底层上，第二衬底层可以设置在第三衬底层上。可选地，第二衬底层的厚度的设定区间可以为100nm-5μm。
本申请实施例中，第二衬底结构的材料可以为Ⅲ-Ⅴ族化合物。该Ⅲ-Ⅴ族化合物可以为磷化铟InP，也可以为砷化镓GaAs。
在一种可选的实施方式中，第一衬底层可以具有待刻蚀面。可选地，第一衬底层背离第二衬底层的表面即上表面可以为待刻蚀面。第二衬底结构可以具有待注入面。可选地，第二衬底结构地上表面可以为待注入面。图2中a示例了一种第一衬底结构的示意图。
S103：从待刻蚀面对第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待生长区域；待生长区域的高度与第一衬底层和第二衬底层的高度和相等。
本申请实施例中，在获取第一衬底结构和第二衬底结构之后，可以从第一衬底层的待刻蚀面对第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待生长区域，该待生长区域的高度与第一衬底层和第二衬底层的高度和相等。在一种可选的实施方式中，可以利用光刻及湿法腐蚀在顶层硅和二氧化硅层中制备出平行沟槽图案。在另一种可选的实施方式中，可以利用干法刻蚀刻蚀在顶层硅和二氧化硅层中制备出平行沟槽图案。该沟槽之间的间距的设定区间可以为100μm-500μm，宽度的设定区间可以为5μm-20μm，具体数值可以取决于激光器结构以及版图设计，刻蚀深度取决于二氧化硅层的厚度，制备出的沟槽需要暴露底层硅。图2中b示例了一种对第一衬底结构进程刻蚀处理，得到待生长区域的示意图。
S105：在待生长区域制备绝缘结构；绝缘结构与第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层连接设置。
本申请实施例中，在得到待生长区域之后，可以利用等离子体增强化学气相沉积技术在待生长区域制备绝缘结构，即外延生长氮化硅Si3N4等高导热绝缘材料。图2中c示例了一种在待生长区域制备绝缘结构的示意图。通过在第一衬底结构中制备高导热绝缘结构，可以提高后续制备的激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。并且，基于氮化硅在光学方面的大带宽和低传输功率，可以使得激光器结构与其他器件的进行耦合。
S107：对绝缘结构进行刻蚀处理，得到波导结构；波导结构与第三衬底层连接设置，波导结构与第一衬底层间隔设置，且与第二衬底层间隔设置。
本申请实施例中，可以利用光刻及干法刻蚀去除氮化硅Si3N4与顶层硅Si接触边缘的部分氮化硅Si3N4，以及去除氮化硅Si3N4与二氧化硅SiO2接触边缘的部分氮化硅Si3N4，形成Si3N4波导，使得Si3N4波导与顶层硅的侧面间隔设置，且与二氧化硅层的侧面间隔设置，去除深度和Si3N4波导的厚度相等。图2中d示例了一种对绝缘结构进行刻蚀处理得到波导结构的示意图。
S109：从待注入面对第二衬底结构进行离子注入，使得在第二衬底结构内形成缺陷层。
本申请实施例中，可以从第二衬底结构的待注入面对第二衬底结构进行离子注入，使得在第二衬底结构内形成缺陷层。其中，从待注入面对第二衬底结构进行离子注入的注入能量的设定区间可以为50KeV-1000KeV。从待注入面对第二衬底结构进行离子注入的注入剂量的设定区间可以为0.5×1016cm-2-1.5×1017cm-2。从待注入面对第二衬底结构进行离子注入的离子种类为可以轻离子，该轻离子可以为氢离子H，也可以为氦离子He。图2中e示例了一种对第二衬底结构进行离子注入的示意图。
本申请实施例中，在从待注入面对第二衬底结构进行离子注入之前，可以利用化学气相沉积在第二衬底的待注入面制备沉积层，来减少后续在对第二衬底结构进行离子注入的过程中对第二衬底结构的表面的污染。可选地，沉积层的材料可以为二氧化硅SiO2，沉积层的厚度可以小于等于200nm。
S111：对待刻蚀面和待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构。
本申请实施例中，可以将第一衬底结构和第二衬底结构置于键合机腔内进行气体激活处理，得到表面激活的第一衬底结构和表面激活的第二衬底结构。其中，气体激活处理的气体可以为氧气O2，也可以为N2，还可以为氩气Ar。
本申请实施例中，可以将表面激活后的第一衬底结构和表面激活的第二衬底结构在键合机中进行键合，如将待刻蚀面与待注入面进行键合处理，使得第一衬底结构和第二衬底结构连接。其中，将将待刻蚀面与待注入面进行键合的键合方式包括直接键合、介质键合以及表面激活键合。在将待刻蚀面与待注入面键合后，可以将键合后的衬底置于退火炉中进行高温退火处理，使得第二衬底结构沿着缺陷层剥离，得到异质衬底结构。图2中f示例了一种将第一衬底结构和第二衬底结构进行键合的示意图，图2中g示例了一种异质衬底结构的示意图。
S113：在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构；激光器脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。
本申请实施例中，在得到异质衬底结构之后，可以在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构。其中，激光器脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。图2中h示例了一种在异质衬底结构上制备外延结构的示意图，图2中i示例了一种激光器结构的示意图。
在一种可选的实施方式中，可以在异质衬底结构上依次制备缓冲层、第一波导层、第一势垒层、有源区、第二波导层、第二势垒层和包覆层，得到外延结构，然后对外延结构进行流片制备处理，得到激光器脊条结构。其中，波导结构在异质衬底结构的位置与激光器脊条结构在异质衬底结构的位置对应重合，波导结构的宽度与激光器脊条结构的宽度的比值的设定区间可以为0.5-1。也即是，Si3N4波导宽度小于脊条结构宽度，且大于脊条结构宽度的一半，便于形成有效波导。
本申请实施例中，激光器结构可以为量子阱激光器，可以为量子点激光器，其激光器的类型可以通过调整有源区实现。
下面基于上文中描述的激光器结构的制备方法，举一实例进行说明。
获取一SOI衬底，该SOI衬底的埋氧层的厚度可以为1μm，顶层硅的厚度可以为2μm。然后可以利用光刻和湿法刻蚀在顶层硅和埋氧层层中制备出平行沟槽图案，该沟槽的深度为3μm，宽度可以为8μm，沟槽间的间距可以为200μm。并且，可以利用等离子体增强化学气相沉积在沟槽内生长3μm的氮化硅Si3N4薄膜，以确保氮化硅Si3N4填满沟槽。之后，可以对填满氮化硅Si3N4的第一衬底结构进行抛光处理，去除多余的Si3N4，并对其进行光刻及电感耦合等离子体(Inductive Coupled Plasma Emission Spectrometer,ICP)刻蚀，来去除氮化硅Si3N4与二氧化硅SiO2接触边缘的部分氮化硅Si3N4，形成Si3N4波导，使得Si3N4波导与顶层硅的侧面间隔设置，且与二氧化硅层的侧面间隔设置，刻蚀的深度可以为3μm。在获取SOI衬底的同时，还可以获取一磷化铟InP衬底，利用中束离子注入机，在75KeV能量下，对磷化铟InP衬底注入1×1016cm-2剂量的氢H离子。然后，将SOI衬底和InP衬底置于键合机进行清洗，并在键合机内进行氧气O2表面激活，再将表面激活的SOI衬底与表面激活的InP衬底进行亲水性键合，得到键合对，并将键合对在200℃的退火炉中进行退火处理，趋使InP衬底沿缺陷层剥离，得到异质衬底结构。然后对剥离所获的InP衬底薄膜表面进行抛光处理，获得光滑平整的InP薄膜表面。再对异质衬底结构的InP薄膜进行外延生长，自下而上依次生长InP缓冲层、InGaAsP波导层、InGaAs势垒层、有源区、InGaAs势垒层、InGaAsP波导层、InP包覆层以及InGaAs顶层，然后结合激光器结构、其他有源器件以及氮化硅Si3N4波导结构的设计版图，对外延结构进行流片制备，得到激光器结构。可选地，可以在包覆层上制备InGaAs顶层，然后在InGaAs顶层制备氮化硅Si3N4，以及在氮化硅Si3N4的部分区域制备金属电极层，得到激光器结构。
采用本申请实施例所提供的激光器结构的制备方法，通过在第一衬底结构中制备高导热绝缘结构，可以提高后续制备的激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。并且，基于氮化硅在光学方面的大带宽和低传输功率，可以使得激光器结构与其他器件的进行耦合。
本申请实施例还提供的一种激光器结构，图3是本申请实施例提供的一种激光器结构的示意图，该激光器结构可以是基于上文中描述的激光器结构的制备得到的结构。
如图3所示，该激光器结构可以包括异质衬底结构300和外延结构400。其中，异质衬底结构300可以包括第一衬底结构310。该第一衬底结构310可以包括第一衬底层311、第二衬底层312、第三衬底层313和待生长区域314。其中，待生长区域内314可以制备有波导结构315，该波导结构315可以与第三衬底层313连接设置，波导结构315与第一衬底层311间隔设置，且与第二衬底层312间隔设置。异质衬底结构300可以还包括第二衬底结构320，该第二衬底结构320可以设置在第一衬底结构310上。外延结构400可以设置在异质衬底结构300的第二衬底结构320上，该外延结构400可以经过流光制备得到激光器脊条结构410，该激光器脊条结构410在异质衬底结构的位置与波导结构315在异质衬底结构的位置对应重合。
本申请实施例中的结构与制备方法实施例基于同样的申请构思。
采用本申请实施例所提供的激光器结构，由于第一衬底结构中制备有高导热绝缘结构，相较于现有激光器结构可以提高激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。并且，基于氮化硅在光学方面的大带宽和低传输功率，可以使得激光器结构与其他器件的进行耦合。
由上述本申请提供的激光器结构的制备方法或激光器结构的实施例可见，本申请中制备方法包括获取第一衬底结构和第二衬底结构；第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层，第一衬底层具有待刻蚀面，第二衬底结构具有待注入面；从待刻蚀面对第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待生长区域；待生长区域的高度与第一衬底层和第二衬底层的高度和相等；在待生长区域制备绝缘结构；绝缘结构与第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层连接设置；对绝缘结构进行刻蚀处理，得到波导结构；波导结构与第三衬底层连接设置，波导结构与第一衬底层间隔设置，且与第二衬底层间隔设置；从待注入面对第二衬底结构进行离子注入，使得在第二衬底结构内形成缺陷层；对待刻蚀面和待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构；在异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构；脊条结构在异质衬底结构的位置与波导结构在异质衬底结构的位置对应重合。基于本申请实施例通过在第一衬底结构中制备高导热绝缘结构，可以提高后续制备的激光器结构的热导率，改善激光器结构的性能以及提高激光器结构的寿命。并且，基于氮化硅在光学方面的大带宽和低传输功率，可以使得激光器结构与其他器件的进行耦合。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是：上述本申请实施例的先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣，且上述本说明书对特定的实施例进行了描述，其他实施例也在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或者步骤可以按照不同的实施例中的顺序来执行并且能够实现预期的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者而连接顺序才能够实现期望的结果，在某些实施方式中，多任务并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的均为与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构的实施例而言，由于其基于相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种激光器结构的制备方法，其特种在于，包括：
获取第一衬底结构和第二衬底结构；所述第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层和第三衬底层，所述第一衬底层具有待刻蚀面，所述第二衬底结构具有待注入面；
从所述待刻蚀面对所述第一衬底结构进行刻蚀处理，得到待生长区域；所述待生长区域的高度与所述第一衬底层和所述第二衬底层的高度和相等；
在所述待生长区域制备绝缘结构；所述绝缘结构与所述第一衬底层、所述第二衬底层和所述第三衬底层连接设置；
对所述绝缘结构进行刻蚀处理，得到波导结构；所述波导结构与所述第三衬底层连接设置，所述波导结构与所述第一衬底层间隔设置，且与所述第二衬底层间隔设置；
从所述待注入面对所述第二衬底结构进行离子注入，使得在所述第二衬底结构内形成缺陷层；
对所述待刻蚀面和所述待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构；
在所述异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，得到激光器结构；所述激光器脊条结构在所述异质衬底结构的位置与所述波导结构在所述异质衬底结构的位置对应重合。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待刻蚀面和所述待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构之前，还包括：
将所述第一衬底结构和所述第二衬底结构置于键合机腔内进行气体激活处理，得到表面激活的第一衬底结构和表面激活的第二衬底结构；所述气体激活处理的气体包括氧气、氮气和氩气。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述第一衬底层的材料为硅；
所述第二衬底层的材料为二氧化硅；
所述第三衬底层的材料为硅；
所述第一衬底层的厚度小于所述第三衬底层的厚度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二衬底结构的材料为Ⅲ-Ⅴ族化合物；
所述Ⅲ-Ⅴ族化合物包括磷化铟和砷化镓。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述待注入面对所述第二衬底结构进行离子注入的注入能量的设定区间为50KeV-1000KeV；
所述从所述待注入面对所述第二衬底结构进行离子注入的注入剂量的设定区间为0.5×1016cm-2-1.5×1017cm-2；
所述从所述待注入面对所述第二衬底结构进行离子注入的离子种类为轻离子；所述轻离子包括氢离子和氦离子。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待刻蚀面和所述待注入面进行键合处理，得到异质衬底结构，包括：
将所述待刻蚀面与所述待注入面进行键合处理，使得所述第一衬底结构和所述第二衬底结构连接；
沿所述第二衬底结构中的所述缺陷层剥离部分所述第二衬底结构，得到所述异质衬底结构。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述异质衬底结构上制备外延结构和激光器脊条结构，包括：
在所述异质衬底结构上依次制备缓冲层、第一波导层、第一势垒层、有源区、第二波导层、第二势垒层和包覆层，得到所述外延结构；
对所述外延结构进行流片制备处理，得到所述激光器脊条结构。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘结构的材料为氮化硅。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述波导结构的宽度与所述激光器脊条结构的宽度的比值的设定区间为0.5-1。
10.一种激光器结构，其特征在于，所述激光器结构是基于权利要求1-9任一项所述的制备方法得到结构，所述激光器结构包括：
异质衬底结构，包括：
第一衬底结构；所述第一衬底结构包括第一衬底层、第二衬底层、第三衬底层和待生长区域；
设置在所述待生长区域内的波导结构；所述波导结构与所述第三衬底层连接设置，所述波导结构与所述第一衬底层间隔设置，且与所述第二衬底层间隔设置；
设置在所述第一衬底结构上的第二衬底结构；
外延结构，所述外延结构设置在所述异质衬底结构的所述第二衬底结构上；
所述外延结构包括激光器脊条结构；所述激光器脊条结构在所述异质衬底结构的位置与所述波导结构在所述异质衬底结构的位置对应重合。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210063059.XA CN114530758A (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种激光器结构的制备方法及其结构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210063059.XA CN114530758A (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种激光器结构的制备方法及其结构 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114530758A true CN114530758A (zh) | 2022-05-24 |
Family
ID=81619943
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210063059.XA Pending CN114530758A (zh) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | 一种激光器结构的制备方法及其结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114530758A (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH038383A (ja) * | 1989-06-06 | 1991-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
| CN1534638A (zh) * | 2003-01-10 | 2004-10-06 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器装置及其制造方法 |
| CN102067284A (zh) * | 2008-01-18 | 2011-05-18 | 加利福尼亚大学董事会 | 硅激光器-量子阱混合晶片结合的集成平台 |
| CN104882368A (zh) * | 2013-12-20 | 2015-09-02 | 加州大学董事会 | 生长在硅上的异质材料与硅光子电路的键合 |
| CN108389903A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-10 | 中国科学院微电子研究所 | 具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制备方法 |
| CN109192710A (zh) * | 2018-05-22 | 2019-01-11 | 中国科学院微电子研究所 | 石墨烯降低GaN基HEMT热阻的散热结构及制备方法 |
| WO2019077210A1 (fr) * | 2017-10-19 | 2019-04-25 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Structure comprenant une couche semiconductrice contrainte sur un dissipateur thermique |
| CN209046007U (zh) * | 2018-10-18 | 2019-06-28 | 上海矽安光电科技有限公司 | 半导体激光器封装硅基板芯片 |
| CN110207025A (zh) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 | 光源系统及照明装置 |
| CN110289548A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-27 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | flip chip型VCSEL芯片及其制造方法 |
| CN110954998A (zh) * | 2018-09-27 | 2020-04-03 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 激光器与硅光芯片集成结构及其制备方法 |
-
2022
- 2022-01-19 CN CN202210063059.XA patent/CN114530758A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH038383A (ja) * | 1989-06-06 | 1991-01-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ |
| CN1534638A (zh) * | 2003-01-10 | 2004-10-06 | 松下电器产业株式会社 | 半导体激光器装置及其制造方法 |
| CN102067284A (zh) * | 2008-01-18 | 2011-05-18 | 加利福尼亚大学董事会 | 硅激光器-量子阱混合晶片结合的集成平台 |
| CN104882368A (zh) * | 2013-12-20 | 2015-09-02 | 加州大学董事会 | 生长在硅上的异质材料与硅光子电路的键合 |
| WO2019077210A1 (fr) * | 2017-10-19 | 2019-04-25 | Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas | Structure comprenant une couche semiconductrice contrainte sur un dissipateur thermique |
| CN110207025A (zh) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 | 光源系统及照明装置 |
| CN108389903A (zh) * | 2018-03-01 | 2018-08-10 | 中国科学院微电子研究所 | 具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制备方法 |
| CN109192710A (zh) * | 2018-05-22 | 2019-01-11 | 中国科学院微电子研究所 | 石墨烯降低GaN基HEMT热阻的散热结构及制备方法 |
| CN110954998A (zh) * | 2018-09-27 | 2020-04-03 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 激光器与硅光芯片集成结构及其制备方法 |
| CN209046007U (zh) * | 2018-10-18 | 2019-06-28 | 上海矽安光电科技有限公司 | 半导体激光器封装硅基板芯片 |
| CN110289548A (zh) * | 2019-06-17 | 2019-09-27 | 威科赛乐微电子股份有限公司 | flip chip型VCSEL芯片及其制造方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王振;廖柯;瞿鹏飞;: "异质集成微波光子器件发展现状", 半导体光电, no. 03, 11 June 2018 (2018-06-11) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5426658A (en) | Semiconductor laser including ridge confining buffer layer | |
| US5019519A (en) | Method for the manufacture of optical semiconductor device | |
| US8039282B2 (en) | Semiconductor optical device and method of fabricating the same | |
| EP1719003B1 (en) | Buried heterostructure device fabricated by single step mocvd | |
| CN111244227A (zh) | 一种硅基光子集成模块及其制备方法 | |
| CN114284865B (zh) | 有源反馈分布式反馈激光器及其制作方法 | |
| US11126021B2 (en) | Semiconductor optical device and method for manufacturing the same | |
| CN111785818B (zh) | 基于多孔下包层的GaN基波导器件及其制备方法和应用 | |
| US7932512B1 (en) | Implantation before epitaxial growth for photonic integrated circuits | |
| US6692980B2 (en) | Method for fabricating monolithic integrated semiconductor photonic device | |
| CN109638648B (zh) | 电注入硅基iii-v族边发射纳米线激光器及其制备方法 | |
| CN114530758A (zh) | 一种激光器结构的制备方法及其结构 | |
| US7723138B2 (en) | Method of fabricating a semiconductor optical device | |
| CN115149399A (zh) | 光栅激光器及制备方法 | |
| JP2008251649A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| US20200365445A1 (en) | Susceptor and method of manufacturing semiconductor device | |
| US6653162B2 (en) | Fabrication method of optical device having current blocking layer of buried ridge structure | |
| CN111262125B (zh) | 一种硅基激光器及其制备、解理方法 | |
| JPS592393B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置およびその製造方法 | |
| JPH0634426B2 (ja) | 半導体レ−ザ装置の製造方法 | |
| JPS61288481A (ja) | 半導体発光装置の製造方法 | |
| JPH10173289A (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| JP3026389B2 (ja) | 半導体装置とその製造方法 | |
| CN117741860A (zh) | 选择性外延硅基脊型光波导及制作方法 | |
| JPH0710019B2 (ja) | 埋込み構造半導体レ−ザの製造方法 |
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 |