ES2316680T3 - Laseres de ingaas/gaas sobre silicio producidos mediante lepecvd y mocvd. - Google Patents
Laseres de ingaas/gaas sobre silicio producidos mediante lepecvd y mocvd. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2316680T3 ES2316680T3 ES03020169T ES03020169T ES2316680T3 ES 2316680 T3 ES2316680 T3 ES 2316680T3 ES 03020169 T ES03020169 T ES 03020169T ES 03020169 T ES03020169 T ES 03020169T ES 2316680 T3 ES2316680 T3 ES 2316680T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- germanium
- formation
- gallium arsenide
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/02373—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/02381—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02441—Group 14 semiconducting materials
- H01L21/0245—Silicon, silicon germanium, germanium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02463—Arsenides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
- H01L21/02507—Alternating layers, e.g. superlattice
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/0251—Graded layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/02546—Arsenides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- 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
Abstract
Método para obtener un láser de pozo cuántico de InGaAs/GaAs (10) sobre un sustrato de silicio (15.1), comprendiendo el método las siguientes etapas: - formación de un sustrato virtual de germanio (15) sobre el sustrato de silicio (15.1) por medio de un proceso de deposición química en fase de vapor asistida por plasma de baja energía (LEPECVD), mediante el cual dicho sustrato virtual de germanio (15) comprende una capa (15.3; 15.4) de germanio puro, teniendo dicha capa de germanio (15.3; 15.4) un grosor entre 0,5 µm y 5 µm, - formación de una estructura de arseniuro de galio sobre el sustrato virtual de germanio (15) por medio de un proceso de deposición química organometálica en fase de vapor, comprendiendo dicho proceso de deposición química organometálica en fase de vapor - una etapa inicial para la formación de una primera capa de arseniuro de galio (16; 21) sobre dicho sustrato virtual de germanio (15) a una primera temperatura del sustrato (Ts1), - una segunda etapa para la formación de una segunda capa de guía de onda de arseniuro de galio (17) a una segunda temperatura del sustrato (Ts2), siendo dicha segunda temperatura del sustrato (Ts2) mayor que dicha primera temperatura del sustrato (Ts1), y siendo dicha primera capa de arseniuro de galio (16; 21) más delgada que dicha segunda capa de arseniuro de galio (17) y, - etapas subsiguientes para la formación de una estructura de láser activo que comprende una capa guía de onda de arseniuro de galio (12) que embebe un pozo cuántico (11).
Description
Láseres de InGaAs/GaAs sobre silicio producidos
mediante LEPECVD Y MOCVD.
La presente invención se refiere a métodos para
fabricar láseres, en particular láseres de InGaAs/GaAs, sobre la
parte superior de un sustrato de silicio, en el que la región activa
del láser comprende una capa semiconductora constreñida.
Se sabe en la técnica cómo hacer crecer
arseniuro de galio (GaAS) sobre silicio (Si) por medio de una capa
tampón intermedia de silicio-germanio (SiGe). El
concepto de capas tampón de SiGe clasificadas se inventó en 1991
por Fitzgerald et al. (véase F. A. Fitzgerald, Y.-H. Xie, M.
L. Green, D. Brasen, A. R. Kortan, J. Michel, Y.-J. Mii, y B. E.
Weir, Appl. Phys. Lett. 58, 811 (1991)). Tales capas tampón de SiGe
en gradiente se usan como sustratos denominados virtuales (VS) para
aplicaciones en el área de la electrónica de alta velocidad y para
la integración de compuestos semiconductores, tales como GaAs, sobre
Si.
En el enfoque del tampón en gradiente, la
concentración x de Ge en una aleación de
Si_{1-x}Ge_{x} se eleva de manera lineal o por
etapas desde cero hasta algún valor final x_{f}. De esta manera,
las dislocaciones se distribuyen en un volumen más grande en
comparación con una película de SiGe con composición constante, en
la que residen básicamente en la interfaz. Como resultado, los
brazos de dislocaciones ascendentes (TD) son más móviles, se forman
largos segmentos de acoplo, idealmente por toda la oblea, y se
reduce la densidad de TD que agujerean las capas activas de
dispositivos formados sobre los VS, y el ensuciamiento de su
comportamiento.
Para la integración de GaAs sobre Si, los VS de
Si_{1-x}Ge_{x} se distribuyen en gradientes
hasta Ge puro (es decir, x = 1), debido al pequeño
desemparejamiento de la red cristalina de 0,07% entre GaAs y Ge.
Además, a fin de suprimir la formación de dominios antifásicos
(APD) en una película de GaAs, que se hace crecer subsiguientemente
sobre el VS, la superficie limpia ha de ser de un solo dominio. Esto
se puede lograr mediante desorientación apropiada del sustrato,
típicamente del orden de 6º con respecto a la dirección [110] y
temperaturas suficientemente elevadas del sustrato durante el
crecimiento de GaAs (véase S. M. Ting y E. A. Fitzgerald, J. Appl.
Phys. 87, 2618 (2000)).
La forma convencional para fabricar los VS se
realiza por medio de deposición química en fase de vapor (CVD). Sin
embargo, los VS en gradiente lineal tienen un grosor de muchos
micrómetros debido al requisito de tasas bajas de gradiente
(típicamente alrededor de 10%/\mum, para asegurar bajas densidades
de TD). Por lo tanto, las técnicas de CVD convencionales son
demasiado lentas o requieren temperaturas elevadas del sustrato para
que se hagan crecer los VS. A temperaturas elevadas del sustrato,
la rugosidad de la superficie del VS se hace, sin embargo,
inaceptablemente elevada, de forma que se requieren etapas
adicionales del procesamiento, tal como el pulido
químico-mecánico (CMP) (véase M. T. Currie, S. B.
Samavedam, T. A. Langdo, C. W. Leitz, y E. A. Fitzgerald, Appl.
Phys. Lett. 72, 1718 (1998)).
Sin embargo, existe un proceso de deposición
rápida para la epitaxia de SiGe a baja temperatura. Se denomina
deposición química en fase de vapor asistida por plasma de baja
energía (LEPECVD), y permite minimizar el tiempo de crecimiento y
el consumo de material. El proceso básico, aplicado sólo a
homoepitaxia de Si y a heteroepitaxia de SiGe/Si de capa
constreñida, se ha patentado en los Estados Unidos de América (véase
el documento US 6.454.855 B1, actualmente cedido a Unaxis Trading
AG, Suiza), y se han concedido en Europa Solicitudes de Patentes
correspondientes (véase el documento EP 0988407B9) y están
pendientes en Japón (véase el documento JP 20022504061T). Para la
aplicación de LEPECVD a p-MODFETs, se están
concediendo la Solicitud de Patente Europea (véase el número de
publicación EP 1315199-A1) y los miembros de la
familia AU 2002335310; CN 100345254C; JP 2005510081T y US 7.115.895
B2, respectivamente. Estas Solicitudes están cedidas actualmente a
ETH Zürich, Suiza.
La integración monolítica de láseres sobre
sustratos de Si vía una capa intermedia para el emparejamiento de
red está siendo muy solicitado debido a las bajas densidades de
defecto requeridas. Las demandas incluso son mayores cuando se usan
capas constreñidas para los canales activos del láser, puesto que
una densidad demasiado elevada de TD en el VS puede conducir
fácilmente a dislocaciones de acoplo en la interfaz del canal
activo/GaAS. Entre los únicos dos informes hasta la fecha de láseres
fabricados sobre sustratos de VS SiGe en Si, el primero se aplica
por lo tanto a una estructura de AlGaAs/GaAs no constreñida. Este
láser de pozo cuántico permitió el funcionamiento continuo a
temperatura ambiente a una longitud de onda de 858 nm (véase M. E.
Groenert, C. W. Leitz, A. J. Pitera, V. Yang, H. Lee, R. J. Ram, y
E. A. Fitzgerald, J. Appl. Phys. 93, 362 (2003)). En el segundo
informe, se describe un pozo cuántico de InGaAs constreñido (M.
Groenert et al., J. Vac. Sci. Technol. B 21, 1064 (2003)),
el cual, sin embargo, se ha de conservar extremadamente delgado, a
saber, 5 nm, de forma que la acción del láser se obtuvo sólo a una
longitud de onda de 890 nm.
Yang et al. también dieron a conocer el
crecimiento de estructuras de pozos cuánticos de InGaAs sobre un
sustrato virtual de SiGe ("Comparison of luminescent efficiency
of InGnAs quantum well structures grown on SiGaAs, Ge and SiGe
virtual substrate").
En estos enfoques, se usaron los VS que se
hicieron crecer mediante CVD, requiriendo una etapa de CMP para
reducir la densidad de TD y la rugosidad de la superficie de los VS.
Subsiguientemente, se usó una deposición química organometálica en
fase de vapor (MOCVD) para hacer crecer las capas de GaAs y AlGaAs
del láser. A fin de suprimir la formación de los APD, el reactor de
MOCVD se ha de hacer funcionar a temperaturas de
700-750ºC. A fin de limitar el autodopaje
significativo de las capas de GaAs y AlGaAs del láser mediante Ge,
se tuvo que usar un procedimiento complicado, incluyendo la
eliminación de Ge de la parte posterior de la oblea.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un procedimiento mejorado para la fabricación de
láseres sobre la parte superior de un sustrato de Si, en el que la
región activa del láser comprende una capa semiconductora
constreñida.
\vskip1.000000\baselineskip
El procedimiento según la presente invención
permite la fabricación de láseres sobre la parte superior de un
sustrato de Si, en el que la región activa del láser comprende una
capa semiconductora constreñida. El procedimiento incorpora una
combinación de las siguientes técnicas:
- \bullet
- LEPECVD para la fabricación rápida de un sustrato virtual de Ge sobre un sustrato de Si. Para este proceso, son posibles tres variantes:
- \bullet
- Variante I: crecimiento de la capa tampón de SiGe en gradiente lineal, con una tasa de gradiente por debajo de 10%/\mum, incluyendo un revestimiento puro de Ge. La capa de revestimiento de Ge tiene un grosor entre 0,5 \mum y 2 \mum, y tiene preferiblemente 1 \mum de grosor.
- \bullet
- Variante II: crecimiento de una capa tampón de SiGe en gradiente lineal, con una tasa de gradiente entre 10-300%/\mum, y preferiblemente alrededor de 200%/\mum, seguido de una capa de revestimiento puro de Ge. La capa de revestimiento de Ge tiene un grosor entre 0,5 \mum y 5 \mum, y tiene preferiblemente alrededor de 2 \mum de grosor.
- \bullet
- Variante III: crecimiento de una capa de Ge puro directamente sobre Si, de un grosor típico entre 0,5 y 5 \mum, y preferiblemente entre 1 \mum y 2 \mum.
- \bullet
- Crecimiento de GaAs mediante MOCVD sobre el VS de Ge. Según la presente invención, el crecimiento de GaAs se ha realizado en dos etapas según lo siguiente:
- (1)
- Primera etapa a temperaturas bajas del sustrato T_{S} para la formación de una primera etapa de GaAs. Como primera etapa, se puede llevar a cabo una etapa de nucleación que implica una epitaxia de capa atómica a temperaturas bajas del sustrato T_{S} (LT-ALE).
- (2)
- Crecimiento convencional de GaAs a temperaturas T_{S} más elevadas.
- \bullet
- Crecimiento de una estructura de láser de pozo cuántico de InGaAs o una estructura de láser de pozo cuántico de InGaAs/AlGaAs/GaAs.
Se reivindican diversos métodos ventajosos en
las reivindicaciones dependientes 2 a 10.
El nuevo procedimiento según la presente
invención ofrece varias ventajas. En comparación con el trabajo
previo (véase M. E. Groenert, C. W. Leitz, A. J. Pitera, V. Yang,
H. Lee, R. J. Ram, y E. A. Fitzgerald, J. Appl. Phys. 93, 362
(2003)), el nuevo procedimiento tiene las siguientes ventajas:
- \bullet
- La fabricación de VS es mucho más rápida debido a las elevadas velocidades de crecimiento de LEPECVD de hasta 10 nm/s y la ausencia de ninguna etapa de pulido químico-mecánico;
- \bullet
- En LEPECVD, la deposición indeseada de Ge sobre la parte posterior de la oblea de Si es insignificante, en contraste con UHV-CVD. Junto con la etapa de LT-ALE, esto conduce a un autodopaje insignificante en el reactor de MOCVD;
- \bullet
- En este proceso se evitan las dislocaciones de acoplo en la interfaz de InGaAs/GaAs del láser, permitiendo la acción del láser en estructuras de pozo cuántico (QW) de InGaAs constreñidas por compresión.
\vskip1.000000\baselineskip
Para una descripción más completa de la presente
invención, y para otros objetos y ventajas de la misma, se hace
referencia a la siguiente descripción, tomada en conjunto con los
dibujos que se acompañan, en los que:
Fig. 1 es una sección transversal esquemática de
una estructura de láser de InGaAs/GaAs de capa constreñida, según
la presente invención;
Fig. 2 es una sección transversal esquemática de
otra estructura de láser de InGaAs/GaAs de capa constreñida, según
la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La Fig. 1 muestra un diseño esquemático de una
primera estructura 10 de láser, según la presente invención. La
estructura 10 de láser comprende en el primer ejemplo las siguientes
capas, desde la parte inferior hacia arriba:
- -
- un sustrato virtual (VS) que comprende un sustrato de Si 15.1, un tampón de SiGe 15.2 en gradiente, y una capa 15.3 de revestimiento de Ge puro,
- -
- una superred cristalina 16 de arsénico/galio (LT-ALE) (primera capa de arseniuro de galio)
- -
- una capa tampón 17 de GaAs no dopada (segunda capa de arseniuro de galio),
- -
- una capa de contacto 18 de GaAs dopado n^{+},
- -
- una capa de revestimiento 13 de Al_{0,35}Ga_{0,65}As dopada n,
- -
- una capa de guía de onda 12 de GaAs no dopada, que embebe un pozo cuántico (QW) 11 de InGaAs constreñido,
- -
- una capa de revestimiento 14 de Al_{0,35}Ga_{0,65}As dopada p, que comprende una sección 14.1 de Al_{0,35}Ga_{0,65}As no dopada delgada,
- -
- una capa de contacto 19 de GaAs dopada p^{++}.
\vskip1.000000\baselineskip
La región activa de la estructura 10 del láser
comprende un pozo cuántico (QW) 11 de InGaAs constreñido, embebido
en una capa de guía de onda 12 de GaAs no dopada de 290 nm de ancho.
La región activa de la estructura 10 de láser está metida en
sándwich entre una capa de revestimiento 13 de
Al_{0,35}Ga_{0,65}As dopada n y una capa de revestimiento 14 de
Al_{0,35}Ga_{0,65}As dopada p, cuyo papel es minimizar las
pérdidas de modo en el VS 15 de Ge absorbente. Los primeros 200 nm
(véase número de referencia 14.1) de la capa de revestimiento 14 de
AlGaAs superior, próxima a la capa guía de onda 12 de GaAs no
dopada, están asimismo no dopados, a fin de reducir las pérdidas
ópticas mediante absorción del portador libre.
En la siguiente tabla se dan detalles
adicionales de una primera realización:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
En la Fig. 2 se representa otra estructura 20 de
láser según la presente invención. Los detalles correspondientes se
dan en la siguiente tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Las capas respectivas de los láseres se pueden
optimizar como función del poder emitido, el número de modos
ópticos deseados, etc.
En lugar de láseres de área amplia, como los
ilustrados en las Figuras 1 y 2, también se pueden hacer crecer
láseres de cavidad vertical (VCSEL) según la presente invención.
Un método según la presente invención para
obtener un láser de pozo cuántico de InGaAs/GaAs sobre un sustrato
de silicio comprende las siguientes etapas:
- -
- formación de un sustrato virtual 15 de germanio sobre un sustrato 15.1 de silicio por medio de una deposición química en fase de vapor asistida por plasma de baja energía (LEPECVD), mediante lo cual el sustrato virtual 15 de germanio comprende una capa 15.3 ó 15.4 de germanio puro,
- -
- formación de una estructura de láser de arseniuro de galio sobre el sustrato virtual 15 de germanio por medio de un proceso de deposición química organometálica en fase de vapor de múltiples etapas, mediante el cual, en una etapa inicial, a una primera temperatura del sustrato (Ts1), se forma una primera capa 16 ó 21 de arseniuro de galio justo sobre la parte superior del sustrato virtual 15 de germanio. En una etapa posterior, se forma una capa tampón 17 de arseniuro de galio a una segunda temperatura del sustrato (Ts2). La segunda temperatura del sustrato (Ts2) es mayor que la primera temperatura del sustrato (Ts1), y la primera capa 16 ó 21 de arseniuro de galio es más delgada que la capa tampón 17 de arseniuro de galio,
- -
- formación de una región de láser activa que comprende un pozo cuántico 11 con una capa guía de onda 12 de arseniuro de galio.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se afirma en relación con la primera
realización, el sustrato virtual 15 de germanio puede comprender
una capa tampón 15.2 de silicio-germanio en
gradiente lineal, con una tasa de gradiente entre 5 y 300%/\mum.
Esta capa tampón 15.2 de silicio-germanio en
gradiente lineal se forma por debajo de la capa 15.3 de germanio
puro. Preferiblemente, la capa 15.3 de germanio puro sirve como una
capa de cobertura que tiene un grosor entre 0,5 \mum y 5 \mum,
y preferiblemente alrededor de 1 \mum.
La etapa inicial para la formación de la primera
capa 16 de arseniuro de galio puede ser una etapa de epitaxia de
capa atómica, en cuyo caso la primera capa 16 de arseniuro de galio
es una superred cristalina de arsénico-galio.
Como se afirma en relación con la segunda
realización, el sustrato virtual 15 de germanio puede comprender
una capa 15.4 de germanio puro, que se forma directamente sobre el
sustrato 15.1 de silicio. La capa 15.4 de germanio puro tiene un
grosor entre 0,5 \mum y 5 \mum, y preferiblemente entre 1 \mum
y 2 \mum.
Preferiblemente, la segunda capa guía de onda 17
de arseniuro de galio no está dopada, y tiene un grosor entre
0,2-2 \mum. Puede tener un grosor de alrededor de
1 \mum, por ejemplo.
La capa de guía de onda 12 de arseniuro de galio
puede estar no dopada. Tiene un grosor entre 0,2-0,4
\mum, y preferiblemente alrededor de 0,29 \mum.
Cuando se forma la estructura de láser activo,
se llevan a cabo varias etapas de procesos de deposición química
organometálica en fase de vapor. Se logran resultados ventajosos si
la estructura de láser activo comprende una estructura de láser de
pozo cuántico de InGaAs. Preferiblemente, la estructura de láser
activo comprende una estructura de láser de pozo cuántico de
InGaAs/AlGaAs/GaAs, con un pozo cuántico 11 de InGaAs constreñido
por compresión.
Según la presente invención, la deposición
química en fase de vapor asistida por plasma de baja energía
(LEPECVD) tiene una velocidad de crecimiento de hasta 10 nm/s.
Las estructuras 10 y 20 de láser son muy
adecuadas como láseres de área amplia, por ejemplo.
Las estructuras 10 ó 20 de láser se pueden
procesar según lo siguiente, para obtener un láser de área
amplia:
- \bullet
- Definición de tiras de Ti/Au de 50 \mum de anchura en la capa 19 de contacto p^{++},
- \bullet
- Formación de almohadillas de contacto laterales en la capa 18 de contacto de n^{+}-GaAs mediante ataque químico, metalización con Ni/Ge/Au, y recocido térmico subsiguiente,
- \bullet
- Se pueden producir facetas de láser escindiendo tras el adelgazamiento del sustrato 15.1 hasta 200 \mum, por ejemplo.
\vskip1.000000\baselineskip
Se midieron espectros de emisión espontáneos
amplificados a temperatura ambiente para inyección de corriente de
onda continua (CW), a una densidad de corriente de 50 A/cm^{2}. Se
comparó el espectro de un láser que se hizo crecer según la
presente invención sobre un VS 15, y un láser de referencia idéntico
que se hizo crecer en un sustrato convencional de Ge desordenado.
La longitud de onda de los picos es \sim 1,04 \mum para ambos
láseres.
La potencia de salida óptica como función de la
corriente accionadora se midió para un láser de InGaAs/GaAs que se
hace crecer según la presente invención sobre un VS 15. Esta es la
primera vez que se demuestra la acción de un láser a una longitud
de onda de emisión por encima de 1 \mum en un canal constreñido,
para una estructura que se hace crecer sobre una capa tampón 15.2
de SiGe. La corriente umbral asciende a 2 kA/cm^{2}. Un láser de
referencia idéntico, que se hace crecer sobre Ge desordenado,
muestra una corriente umbral de 500 A/cm^{2}.
Claims (11)
1. Método para obtener un láser de pozo cuántico
de InGaAs/GaAs (10) sobre un sustrato de silicio (15.1),
comprendiendo el método las siguientes etapas:
- -
- formación de un sustrato virtual de germanio (15) sobre el sustrato de silicio (15.1) por medio de un proceso de deposición química en fase de vapor asistida por plasma de baja energía (LEPECVD), mediante el cual dicho sustrato virtual de germanio (15) comprende una capa (15.3; 15.4) de germanio puro, teniendo dicha capa de germanio (15.3; 15.4) un grosor entre 0,5 \mum y 5 \mum,
- -
- formación de una estructura de arseniuro de galio sobre el sustrato virtual de germanio (15) por medio de un proceso de deposición química organometálica en fase de vapor, comprendiendo dicho proceso de deposición química organometálica en fase de vapor
- \bullet
- una etapa inicial para la formación de una primera capa de arseniuro de galio (16; 21) sobre dicho sustrato virtual de germanio (15) a una primera temperatura del sustrato (Ts1),
- \bullet
- una segunda etapa para la formación de una segunda capa de guía de onda de arseniuro de galio (17) a una segunda temperatura del sustrato (Ts2), siendo dicha segunda temperatura del sustrato (Ts2) mayor que dicha primera temperatura del sustrato (Ts1), y siendo dicha primera capa de arseniuro de galio (16; 21) más delgada que dicha segunda capa de arseniuro de galio (17) y,
- \bullet
- etapas subsiguientes para la formación de una estructura de láser activo que comprende una capa guía de onda de arseniuro de galio (12) que embebe un pozo cuántico (11).
2. El método de la reivindicación 1, en el que
dicho sustrato virtual de germanio (15) comprende además una capa
tampón de silicio-germanio en gradiente lineal
(15.2), con una tasa de gradiente entre 5 y 300%/\mum formada por
debajo de dicha capa de germanio puro (15.3).
3. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha capa de germanio puro (15.3) es una capa de cobertura que
tiene preferiblemente un grosor de alrededor de 1 \mum.
4. El método de la reivindicación 1, en el que
dicha capa de germanio puro (15.4) se forma directamente sobre
dicho sustrato de silicio (15.1), y tiene preferiblemente un grosor
entre 1 \mum y 2 \mum.
5. El método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que dicha etapa inicial es una etapa de epitaxia
de capa atómica, y dicha primera capa de arseniuro de galio (16) es
una superred cristalina de arseniuro-galio.
6. El método según una de las reivindicaciones 1
a 5, en el que dicha segunda capa de guía de onda de arseniuro de
galio (17) no está dopada, y tiene un grosor entre
0,2-2 \mum, y preferiblemente alrededor de 1
\mum.
7. El método según una de las reivindicaciones 1
a 6, en el que dicha capa de guía de onda de arseniuro de galio
(12) no está dopada, y tiene un grosor entre 0,2-0,4
\mum, y preferiblemente alrededor de 0,29 \mum.
8. El método según una de las reivindicaciones 1
a 6, que comprende las etapas para la formación de
- -
- una capa de contacto de GaAs dopada n^{+} (18),
- -
- una capa de revestimiento de AlGaAs dopada n (13),
- -
- una capa de revestimiento de AlGaAs dopada p (14), y
- -
- una capa de contacto dopada p^{++} (19),
formándose todas estas capas
mediante el proceso de deposición química organometálica en fase de
vapor.
9. El método según una de las reivindicaciones
anteriores, que comprende varias etapas del proceso de deposición
química organometálica en fase de vapor para la formación de dicha
estructura de láser activo, con lo cual la estructura de láser
activo es una estructura de láser de pozo cuántico deInGaAs, y
preferiblemente una estructura de láser de pozo cuántico de
InGaAs/AlGaAs/GaAs, con un pozo cuántico de InGaAs constreñido por
compresión (11).
10. El método según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la deposición química en fase de vapor
asistida por plasma de baja energía (LEPECVD) tiene una velocidad de
crecimiento de hasta 10 nm/s.
11. El método de la reivindicación 3, en el que
la oblea de Si está orientada [001] con una
desorientación de 6 grados.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP03020169A EP1513233B1 (en) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | InGaAs/GaAs lasers on Silicon produced by LEPECVD and MOCVD |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2316680T3 true ES2316680T3 (es) | 2009-04-16 |
Family
ID=34130149
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES03020169T Expired - Lifetime ES2316680T3 (es) | 2003-09-05 | 2003-09-05 | Laseres de ingaas/gaas sobre silicio producidos mediante lepecvd y mocvd. |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7588954B2 (es) |
| EP (1) | EP1513233B1 (es) |
| AT (1) | ATE412999T1 (es) |
| DE (1) | DE60324425D1 (es) |
| ES (1) | ES2316680T3 (es) |
| WO (1) | WO2005025019A1 (es) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1745165B1 (en) * | 2004-04-30 | 2011-03-30 | Dichroic cell s.r.l. | Method for producing virtual ge substrates for iii/v-integration on si(001) |
| WO2011017773A1 (en) * | 2009-08-13 | 2011-02-17 | Newsouth Innovations Pty Limited | Donor modulation doping of quantum structures |
| CN102570309B (zh) * | 2012-02-14 | 2013-04-17 | 中国科学院半导体研究所 | 采用选区生长有源区的硅基850nm激光器的制备方法 |
| US9407066B2 (en) | 2013-07-24 | 2016-08-02 | GlobalFoundries, Inc. | III-V lasers with integrated silicon photonic circuits |
| CN103579902B (zh) * | 2013-10-25 | 2016-07-13 | 中国科学院半导体研究所 | 一种硅基微腔激光器的制作方法 |
| US9917414B2 (en) | 2015-07-15 | 2018-03-13 | International Business Machines Corporation | Monolithic nanophotonic device on a semiconductor substrate |
| US10122153B2 (en) | 2016-08-29 | 2018-11-06 | International Business Machines Corporation | Resonant cavity strained group III-V photodetector and LED on silicon substrate and method to fabricate same |
| CN106602404A (zh) * | 2016-12-30 | 2017-04-26 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种半导体激光器及其制作方法 |
| US11688996B2 (en) | 2017-09-18 | 2023-06-27 | Tampere University Foundation, sr. | Semiconductor multilayer structure |
| CN108376640A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-08-07 | 北京邮电大学 | InGaAs/Si外延材料的制备方法 |
| US11029466B2 (en) * | 2018-11-21 | 2021-06-08 | The Research Foundation For The State University Of New York | Photonics structure with integrated laser |
| CN110165555A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-08-23 | 西安理工大学 | 一种基于GexSi1-x可变晶格常数基体的红光半导体激光器 |
| CN111711063A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-25 | 度亘激光技术（苏州）有限公司 | 衬底、半导体器件及半导体器件的制作方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998058099A1 (de) | 1997-06-13 | 1998-12-23 | Balzers Hochvakuum Ag | Verfahren zur herstellung beschichteter werkstücke, verwendungen des verfahrens und anlage hierfür |
| BR0109069A (pt) * | 2000-03-08 | 2004-12-07 | Ntu Ventures Pte Ltd | Processo para fabricar um circuito integrado fotÈnico |
| EP1315199A1 (en) | 2001-11-22 | 2003-05-28 | ETH Zürich | Formation of high-mobility silicon-germanium structures by low-energy plasma enhanced chemical vapor deposition |
| WO2004019391A2 (en) * | 2002-08-23 | 2004-03-04 | Amberwave Systems Corporation | Semiconductor heterostructures having reduced dislocation pile-ups and related methods |
| US6841795B2 (en) * | 2002-10-25 | 2005-01-11 | The University Of Connecticut | Semiconductor devices employing at least one modulation doped quantum well structure and one or more etch stop layers for accurate contact formation |
| EP1439570A1 (en) * | 2003-01-14 | 2004-07-21 | Interuniversitair Microelektronica Centrum ( Imec) | SiGe strain relaxed buffer for high mobility devices and a method of fabricating it |
| US7812249B2 (en) * | 2003-04-14 | 2010-10-12 | The Boeing Company | Multijunction photovoltaic cell grown on high-miscut-angle substrate |
| EP1745165B1 (en) * | 2004-04-30 | 2011-03-30 | Dichroic cell s.r.l. | Method for producing virtual ge substrates for iii/v-integration on si(001) |
| US20060157732A1 (en) * | 2004-11-09 | 2006-07-20 | Epispeed Sa | Fabrication of MOS-gated strained-Si and SiGe buried channel field effect transistors |
| EP1872383A2 (en) * | 2005-02-28 | 2008-01-02 | Epispeed S.A. | System and process for high-density,low-energy plasma enhanced vapor phase epitaxy |
-
2003
- 2003-09-05 EP EP03020169A patent/EP1513233B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-05 DE DE60324425T patent/DE60324425D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-05 ES ES03020169T patent/ES2316680T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-05 AT AT03020169T patent/ATE412999T1/de active
-
2004
- 2004-09-04 WO PCT/EP2004/009873 patent/WO2005025019A1/en active Application Filing
- 2004-09-04 US US10/570,921 patent/US7588954B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE60324425D1 (de) | 2008-12-11 |
| EP1513233A1 (en) | 2005-03-09 |
| EP1513233B1 (en) | 2008-10-29 |
| US7588954B2 (en) | 2009-09-15 |
| ATE412999T1 (de) | 2008-11-15 |
| WO2005025019A1 (en) | 2005-03-17 |
| US20070164311A1 (en) | 2007-07-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5937274A (en) | Fabrication method for AlGaIn NPAsSb based devices | |
| JP3830051B2 (ja) | 窒化物半導体基板の製造方法、窒化物半導体基板、光半導体装置の製造方法および光半導体装置 | |
| JP7005604B2 (ja) | 統合されたエピタキシャル金属電極 | |
| JP3455512B2 (ja) | エピタキシャル成長用基板およびその製造方法 | |
| US8835988B2 (en) | Hybrid monolithic integration | |
| ES2363089T3 (es) | Método para producir sustratos de ge virtuales para la integración iii/v sobre si (001). | |
| US8334157B2 (en) | Semiconductor device and a method of manufacture thereof | |
| TW523799B (en) | Crystal film, crystal substrate and semiconductor device | |
| ES2316680T3 (es) | Laseres de ingaas/gaas sobre silicio producidos mediante lepecvd y mocvd. | |
| JP3153153B2 (ja) | 窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法 | |
| TW201009896A (en) | Method of forming a circuit structure | |
| JP2001122693A (ja) | 結晶成長用下地基板およびこれを用いた基板の製造方法 | |
| GB2271466A (en) | Etching semicondudtor wafers | |
| CN101849277B (zh) | 量子阱混合 | |
| US20220006264A1 (en) | Semiconductor device and fabrication method | |
| EP1512171A2 (en) | Hafnium nitride buffer layers for growth of gan on silicon | |
| US9401404B2 (en) | Semiconductor device and fabrication method | |
| Li et al. | Telecom InGaAs/InP quantum well lasers laterally grown on silicon-on-insulator | |
| JP4514964B2 (ja) | 光学用シリコン層を基板上に形成する方法および該方法による光学素材の製造方法 | |
| US20190146154A1 (en) | Heterogeneous integrated circuit for short wavelengths | |
| JP4749584B2 (ja) | 半導体基板の製造方法 | |
| JP4040310B2 (ja) | 結晶の熱処理方法 | |
| US11393765B2 (en) | Heterogeneous integrated circuit for short wavelengths | |
| JP2009088230A (ja) | 半導体発光素子およびその製造方法 | |
| JPH10125957A (ja) | Ｉｉｉ族窒化物半導体素子およびその製造方法 |