RU2240632C2 - Photon integrated circuit manufacturing process - Google Patents

Photon integrated circuit manufacturing process Download PDF

Info

Publication number
RU2240632C2
RU2240632C2 RU2002126610/28A RU2002126610A RU2240632C2 RU 2240632 C2 RU2240632 C2 RU 2240632C2 RU 2002126610/28 A RU2002126610/28 A RU 2002126610/28A RU 2002126610 A RU2002126610 A RU 2002126610A RU 2240632 C2 RU2240632 C2 RU 2240632C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
energy
photoresist
mask
mixing
Prior art date
Application number
RU2002126610/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002126610A (en
Inventor
Боон Сию ООИ (MY)
Боон Сию ООИ
Йее Лой ЛАМ (SG)
Йее Лой ЛАМ
Йуен Чуен ЧАН (SG)
Йуен Чуен ЧАН
Йан ЗОУ (SG)
Йан ЗОУ
Геок Инг НГ (SG)
Геок Инг НГ
Original Assignee
Эн Ти Ю ВЕНЧЕРЗ ПТЕ ЛТД.
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from PCT/SG2000/000038 external-priority patent/WO2001067499A1/en
Priority claimed from PCT/SG2000/000039 external-priority patent/WO2001067569A1/en
Application filed by Эн Ти Ю ВЕНЧЕРЗ ПТЕ ЛТД. filed Critical Эн Ти Ю ВЕНЧЕРЗ ПТЕ ЛТД.
Publication of RU2002126610A publication Critical patent/RU2002126610A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2240632C2 publication Critical patent/RU2240632C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

FIELD: integrated circuit manufacture.
SUBSTANCE: proposed manufacturing process for photon integrated circuit that has complicated semiconductor structure with quantum well region includes irradiation of structure using photon source for generating defects, photon energy E being not lower than displacement energy E d of one element of compound semiconductor. Then structure is subjected to annealing to encourage mixture of quantum wells. Preferable radiation source is plasma generated with aid of electronic cyclotron resonance system. Structure can be masked in any way to ensure its selective mixing by controlling exposure of structure sections.
EFFECT: ability of mixing quantum wells by structure irradiation with photon radiation source.
16 cl, 14 dwg

Description

Предпосылки изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Монолитная интеграция нескольких оптоэлектронных приборов в оптоэлектронных интегральных схемах (ОЭИС) и фотонных интегральных схемах (ФИС) представляет значительный интерес в связи с развитием систем связи.The monolithic integration of several optoelectronic devices in optoelectronic integrated circuits (OEIS) and photon integrated circuits (FIS) is of significant interest in connection with the development of communication systems.

В ОЭИС оптические приборы, например лазеры и электронные приборы, например транзисторы, интегрируют в едином кристалле (чипе) для достижения высокого быстродействия, поскольку плотная упаковка приборов позволяет минимизировать паразитное реактивное сопротивление электрических соединений.In OEIS, optical devices, such as lasers and electronic devices, such as transistors, are integrated in a single crystal (chip) to achieve high performance, since the tight packing of the devices minimizes the stray reactance of electrical connections.

ФИС представляют собой отдельный вид ОЭИС, отличающийся отсутствием электрических компонентов, а также тем, что связь или соединение между оптоэлектронными и/или фотонными приборами осуществляется только посредством фотонов. Движущей силой развития ФИС является стремление к упрощению (улучшению) оптических линий связи следующего поколения, сетевых архитектур и коммутационных систем, например систем многоканального мультиплексирования с разделением по длине волны (МРДВ) и высокоскоростных систем мультиплексирования с разделением по времени (МРВ). Помимо снижения стоимости, уменьшения размеров и повышения комплексной устойчивости главное достоинство ФИС состоит в том, что все внутренние соединения между отдельными световодными оптоэлектронными приборами точно и постоянно расположены (совмещены) по отношению друг к другу, поскольку световоды сформированы литографическим способом.FIS are a separate type of OEIS, characterized by the absence of electrical components, as well as the fact that the connection or connection between optoelectronic and / or photonic devices is carried out only by means of photons. The driving force behind the development of FIS is the desire to simplify (improve) next-generation optical communication lines, network architectures and switching systems, for example, multi-channel wavelength division multiplexing (MRD) and high-speed time division multiplexing (MRI) systems. In addition to reducing cost, reducing size and increasing complex stability, the main advantage of FIS is that all internal connections between individual optical fiber optic devices are precisely and constantly located (aligned) with respect to each other, since the optical fibers are formed by lithographic method.

В процессе интеграции сложные приборы строятся из компонентов самого разного функционального назначения, например источников света, световодов, модуляторов и детекторов. Для создания каждого компонента с оптимальными характеристиками требуются различные структуры материалов. Поэтому для создания ОЭИС и ФИС нужно иметь возможность изменять ширину (энергию) запрещенной зоны и показатель преломления материалов. Для этого было разработано несколько методов, в том числе выращивание и рекристаллизация, избирательная эпитаксия или выращивание на шаблонированной подложке и смешение квантовых ям (СКЯ).In the process of integration, complex devices are built from components of various functional purposes, for example, light sources, optical fibers, modulators and detectors. To create each component with optimal characteristics, different material structures are required. Therefore, to create OEIS and FIS, you must be able to change the width (energy) of the forbidden zone and the refractive index of materials. Several methods have been developed for this, including growing and recrystallizing, selective epitaxy or growing on a patterned substrate, and mixing quantum wells (CQW).

Метод выращивания и рекристаллизации отличается сложностью и дороговизной и предусматривает выращивание, травление и рекристаллизацию слоев квантовой ямы (КЯ) в выбранных областях объемного материала. На эти многослойные структуры наращивают одну и ту же верхнюю оболочку, но они имеют разные активные области. Недостатком такого подхода является рассогласование оптического коэффициента распространения и рассогласование размеров световода на границе раздела рекристаллизации. Кроме того, этот процесс обеспечивает низкий выход (КПД) и производительность, что приводит к увеличению стоимости конечного продукта.The method of growing and recrystallization is complex and expensive and involves the growth, etching and recrystallization of the layers of a quantum well (QW) in selected areas of bulk material. The same upper shell is built up on these multilayer structures, but they have different active regions. The disadvantage of this approach is the mismatch of the optical propagation coefficient and the mismatch of the dimensions of the fiber at the recrystallization interface. In addition, this process provides low yield (Efficiency) and productivity, which leads to an increase in the cost of the final product.

Метод избирательного выращивания основан на различиях в составе и толщине эпитаксиального слоя, выращенного через маску, для достижения пространственной избирательности при изменении ширины энергетической запрещенной зоны. Прежде чем приступить к эпитаксиальному выращиванию, подложку шаблонируют диэлектрической маской, например из SiO2, в которой сформированы щели разной ширины. Скорость роста на открытых участках зависит от ширины отверстия и шаблонирования маски. В местах наличия диэлектрического покрытия выращивание невозможно. Однако в пределах определенного расстояния может происходить поверхностная миграция частиц к ближайшему отверстию поперек маски. Преимущество этого подхода состоит в уменьшении суммарного количества этапов обработки, что позволяет формировать по существу оптимальные секции множественных квантовых ям (МКЯ) лазера и модулятора за один этап эпитаксиального выращивания. Этот процесс дает хорошие результаты при условии точного контроля совокупности параметров, но в целом с трудом поддается управлению. Кроме того, этот метод обеспечивает низкое пространственное разрешение, около 100 мкм, из-за чего пассивная секция обычно имеет относительно высокие потери.The method of selective growth is based on differences in the composition and thickness of the epitaxial layer grown through the mask to achieve spatial selectivity when changing the width of the energy gap. Before embarking on epitaxial growth, the substrate is patterned with a dielectric mask, for example of SiO 2 , in which slits of different widths are formed. The growth rate in open areas depends on the width of the hole and the patterning of the mask. In places where there is a dielectric coating, cultivation is impossible. However, within a certain distance, surface migration of particles to the nearest hole across the mask can occur. The advantage of this approach is the reduction in the total number of processing steps, which allows one to form essentially optimal sections of multiple quantum wells (MQWs) of the laser and modulator in one epitaxial growth step. This process gives good results provided that the set of parameters is precisely controlled, but in general it is difficult to control. In addition, this method provides a low spatial resolution of about 100 μm, which is why the passive section usually has relatively high losses.

Метод СКЯ основан на том, что КЯ представляет по своей природе метастабильную систему ввиду высокого градиента концентрации атомов поперек границы раздела между КЯ и барьером. Тем не менее это позволяет изменять ширину энергетической запрещенной зоны структур КЯ в выбранных областях путем смешения КЯ с барьерами для формирования “сплавленных” полупроводников. Этот метод позволяет после выращивания эффективно осуществлять горизонтальную интеграцию секций с различной шириной энергетической запрещенной зоны, показателем преломления и оптическим поглощением в пределах одних и тех же эпитаксиальных слоев.The QW method is based on the fact that the QW is by its nature a metastable system due to the high gradient of atomic concentration across the interface between the QW and the barrier. Nevertheless, this allows one to change the energy gap of the QW structures in the selected regions by mixing the QW with barriers to form “fused” semiconductors. This method allows, after growing, to effectively carry out horizontal integration of sections with different widths of the energy forbidden zone, refractive index, and optical absorption within the same epitaxial layers.

Метод СКЯ получил широкое признание и распространение в области построения оптоэлектронных интегральных схем, содержащих, например, электропоглощательные модуляторы с регулируемой шириной энергетической запрещенной зоны, лазеры с регулируемой шириной энергетической запрещенной зоны, световоды с низкими потерями для внутреннего соединения компонентов ОЭИС или ФИС, интегральные резонаторы большого объема для лазеров с уменьшенной шириной линии, одночастотные лазеры с распределенным брэгговским отражателем (РБО), лазеры с синхронизированными модами, непоглощающие зеркала, усилительные или фазовые дифракционные решетки для лазеров с распределенной обратной связью (РОС), суперлюминесцентные диоды (СЛД), модуляторы и усилители на КЯ, не чувствительные к поляризации, и многочастотные лазеры.The CQW method has been widely recognized and widely used in the field of construction of optoelectronic integrated circuits, which include, for example, electroabsorption modulators with an adjustable energy gap, lasers with an adjustable energy gap, low-loss fibers for the internal connection of OEIS or FIS components, large integrated resonators volume for lasers with reduced line width, single-frequency lasers with distributed Bragg reflector (RBO), lasers with synchronization modes, nonabsorbing mirrors, amplification or phase diffraction gratings for distributed feedback lasers (ROS), superluminescent diodes (SLDs), polarization insensitive QW modulators and amplifiers, and multifrequency lasers.

Последние исследования были сосредоточены на совершенствовании метода СКЯ с использованием таких подходов, как беспримесное вакансионно-стимулированное разупорядочение (БПВР), лазерно-стимулированное разупорядочение (ЛСР) и примесно-стимулированное разупорядочение (ПСР). Каждый из этих методов СКЯ имеет свои достоинства и недостатки.Recent studies have focused on improving the CQW method using approaches such as pure vacancy-stimulated disordering (BWRM), laser-stimulated disordering (LSR), and impurity-stimulated disordering (RPS). Each of these methods of SCW has its own advantages and disadvantages.

Метод БПВР предусматривает осаждение диэлектрического покровного материала на материалы с КЯ и последующий высокотемпературный отжиг для стимулирования генерации вакансий из диэлектрического покрытия в материалы с КЯ и, следовательно, для усиления смешения на выбранных участках.The BPVR method involves the deposition of a dielectric coating material on materials with QW and subsequent high-temperature annealing to stimulate the generation of vacancies from the dielectric coating in materials with QW and, therefore, to enhance mixing in selected areas.

Например, известно, что наличие SiО2 в материалах с КЯ на основе GaAs-AlGaAs стимулирует обратную диффузию (диффузию выхода) атомов Ga в процессе отжига, что приводит к образованию вакансий III группы в материале с КЯ. Термическое напряжение на границе раздела между слоями GaAs и SiО2 играет важную роль. Коэффициент теплового расширения GaAs в десять раз больше, чем у SiО2. В процессе высокотемпературного отжига связи в высокопористом слое SiО2, осажденном посредством плазмостимулированного химического осаждения из паровой фазы (ПСХОПФ), могут разрушаться по причине наличия градиента напряжения между GaAs и пленкой SiО2. Таким образом, обратная диффузия Ga способствует ослаблению напряжения растяжения в GaAs. Эти вакансии Ga распространяются далее в структуру КЯ и увеличивают скорость взаимодиффузии Ga и Аl и таким образом приводят к СКЯ. По окончании процесса смешения энергетическая запрещенная зона в материале с КЯ расширяется, а показатель преломления снижается.For example, it is known that the presence of SiO 2 in GaAs-AlGaAs-based QW materials stimulates the back diffusion (yield diffusion) of Ga atoms during annealing, which leads to the formation of group III vacancies in the QW material. The thermal stress at the interface between the GaAs and SiO 2 layers plays an important role. The thermal expansion coefficient of GaAs is ten times greater than that of SiO 2 . During high-temperature annealing, bonds in a highly porous SiO 2 layer deposited by plasma-stimulated chemical vapor deposition (PSCOF) can be destroyed due to the presence of a voltage gradient between GaAs and the SiO 2 film. Thus, the reverse diffusion of Ga contributes to the weakening of the tensile stress in GaAs. These Ga vacancies propagate further into the QW structure and increase the interdiffusion rate of Ga and Al, and thus lead to QW. At the end of the mixing process, the energy forbidden zone in the material with QW expands, and the refractive index decreases.

Для достижения избирательности этого метода можно использовать слой SrF2, который препятствует обратной диффузии Ga, что позволяет подавлять процесс СКЯ. Этот метод был успешно применен при формировании таких приборов как многочастотный лазер с регулируемой шириной энергетической запрещенной зоны и многоканальный световодный фотодетектор.To achieve the selectivity of this method, an SrF 2 layer can be used, which prevents the back diffusion of Ga, which makes it possible to suppress the QW process. This method has been successfully applied in the formation of such devices as a multi-frequency laser with an adjustable energy gap and a multi-channel light guide photodetector.

Хотя метод БПВР с успехом применяется в системе GaAs/AlGaAs, в системах InGaAs/InGaAsP, он обеспечивает низкую воспроизводимость. Кроме того, было обнаружено, что ввиду низкой термостойкости материалов InGaAs/InGaAsP процесс БПВР, требующий высокотемпературного отжига, обеспечивает низкую избирательность по энергетической запрещенной зоне в структурах КЯ на основе InGaAs/InGaAsP.Although the BWRV method has been successfully applied in the GaAs / AlGaAs system, in the InGaAs / InGaAsP systems, it provides low reproducibility. In addition, it was found that, due to the low heat resistance of InGaAs / InGaAsP materials, the BHWR process, which requires high-temperature annealing, provides low energy band gap selectivity in InGaAs / InGaAsP based QW structures.

Лазерно-стимулированое разупорядочение (ЛСР) является перспективным процессом СКЯ для достижения разупорядочения в материалах с КЯ на основе InGaAs/InGaAsP по причине низкой термостойкости этих материалов. Согласно методу фотоабсорбционно-стимулированного разупорядочения (ФАСР), излучение лазера, генерирующего непрерывную волну (НВ), поглощается в областях КЯ, вызывая тепловыделение и термостимулированное смешение. Хотя получаемый при этом материал имеет высокие оптические и электрические характеристики, пространственная избирательность этого метода ограничена величиной около 100 мкм по причине горизонтального перетока. Модифицированный метод ФАСР, получивший название импульсного ФАСР (И-ФАСР), использует высокоэнергетические импульсы лазера с модуляцией добротности на АИГ (алюмоиттриевом гранате) с Nd для облучения материала на основе InP. Поглощение импульсов приводит к повреждению кристаллической решетки и повышению плотности точечных дефектов. В процессе высокотемпературного отжига эти точечные дефекты диффундируют в КЯ, что приводит к возрастанию скорости смешения КЯ. Хотя метод И-ФАСР может обеспечивать пространственное разрешение свыше 1,25 мкм и возможность прямой записи, “смешанные” материалы обладают низким качеством по причине образования протяженных дефектов.Laser-stimulated disordering (LSR) is a promising QW process to achieve disordering in materials with InGaAs / InGaAsP based QWs due to the low heat resistance of these materials. According to the method of photoabsorption-induced disordering (FASR), the radiation of a laser generating a continuous wave (HB) is absorbed in the QW regions, causing heat release and thermally stimulated mixing. Although the resulting material has high optical and electrical characteristics, the spatial selectivity of this method is limited to about 100 μm due to horizontal overflow. The modified FASR method, called pulsed FASR (I-FASR), uses high-energy Q-switched laser pulses with AID (yttrium aluminum garnet) with Nd to irradiate InP-based material. The absorption of pulses leads to damage to the crystal lattice and an increase in the density of point defects. During high-temperature annealing, these point defects diffuse in the QW, which leads to an increase in the mixing rate of the QW. Although the I-FASR method can provide a spatial resolution of over 1.25 microns and the possibility of direct recording, “mixed” materials are of poor quality due to the formation of extended defects.

Из всех методов СКЯ примесно-стимулированное разупорядочение (ПСР) является единственным процессом, который требует введения примесей в материалы с КЯ для реализации процесса смешения. Эти примеси можно вводить с помощью сфокусированного ионного пучка, диффузии примеси в печи, а также имплантации ионов.Of all the methods of QW, impurity-stimulated disordering (PSR) is the only process that requires the introduction of impurities in materials with QW to implement the mixing process. These impurities can be introduced using a focused ion beam, diffusion of the impurity in the furnace, and ion implantation.

ПСР является сравнительно простым и высоковоспроизводимым процессом смешения. Он позволяет обеспечивать высокое пространственное разрешение, необходимое для интеграции малоразмерных устройств, и управлять смещением энергетической запрещенной зоны за счет параметров имплантации. Этот метод обычно используют для обеспечения горизонтального электрического и оптического удержания в полупроводниках, что позволяет добиваться низкого порогового тока и работать на одной поперечной моде. Кроме того, процесс ПСР представляет существенный интерес для интеграции систем МРДВ, например для формирования многочастотных лазерных источников, световодов с низкими потерями, модуляторов и даже детекторов.RPS is a relatively simple and highly reproducible mixing process. It allows you to provide high spatial resolution necessary for the integration of small-sized devices, and to control the displacement of the energy gap due to implantation parameters. This method is usually used to provide horizontal electrical and optical confinement in semiconductors, which allows one to achieve a low threshold current and operate on the same transverse mode. In addition, the RPS process is of significant interest for the integration of MRL systems, for example, for the formation of multi-frequency laser sources, low-loss optical fibers, modulators, and even detectors.

Общеизвестно, что эффект ПСР состоит из двух этапов. На первом этапе в материал с КЯ имплантируют примеси. Затем материал подвергают отжигу, чтобы стимулировать диффузию примеси и точечных дефектов в КЯ и барьеры, а следовательно, взаимодиффузию основных элементов между КЯ и барьерами. Считается, что в системе КЯ на основе InGaAs/InGaAsP взаимодиффузия элементов V группы от барьера к яме, приводящая к голубому смещению энергетической запрещенной зоны, обусловлена диффузией точечных дефектов, возникающих в процессе имплантации, самопроизвольной взаимодиффузией при повышенных температурах (тепловое смещение) и диффузией имплантированных частиц.It is well known that the effect of RPS consists of two stages. At the first stage, impurities are implanted in the material with QW. Then, the material is annealed to stimulate the diffusion of impurities and point defects into QWs and barriers, and, therefore, the interdiffusion of the main elements between QWs and barriers. It is believed that in the QW system based on InGaAs / InGaAsP, the interdiffusion of Group V elements from the barrier to the well, leading to a blue shift of the energy band gap, is caused by the diffusion of point defects that arise during implantation, spontaneous interdiffusion at elevated temperatures (thermal displacement), and diffusion of implanted particles.

В процессе имплантации примеси, а также точечные дефекты, например вакансии III группы и атомы внедрения, вводятся в материал в выбранных областях. Диффузия этих точечных дефектов и примесей при повышенной температуре увеличивает скорость взаимодиффузии между КЯ и барьерами и, следовательно, стимулирует смешение после отжига. Под влиянием инжектированных примесей профиль состава КЯ изменяется от квадратного к параболообразному. В результате по окончании процесса взаимодиффузии локальная энергетическая запрещенная зона увеличивается, а соответствующий показатель преломления уменьшается.In the process of implantation, impurities, as well as point defects, such as group III vacancies and interstitial atoms, are introduced into the material in selected areas. Diffusion of these point defects and impurities at elevated temperature increases the rate of interdiffusion between the QW and barriers and, therefore, stimulates mixing after annealing. Under the influence of injected impurities, the QW composition profile changes from square to parabolic. As a result, at the end of the interdiffusion process, the local energy band gap increases, and the corresponding refractive index decreases.

Используя метод ПСР, можно добиться смешения в выбранной области пластины, применяя маску имплантации из SiО2 переменной толщины. Однако этот метод предусматривает многочисленные этапы литографии и травления, что усложняет процесс производства.Using the PSR method, it is possible to achieve mixing in a selected area of the plate using an implantation mask of variable thickness of SiO 2 . However, this method involves numerous stages of lithography and etching, which complicates the production process.

В статье под названием “Процесс интеграции фотонных интегральных схем с использованием перемешивания слоев, стимулированного плазменным повреждением” (Integration process for photonic integrated circuits using plasma damage induced layer intermixing). Electronics Letters, т. 31, 449, 1995 г., B.S. Ooi, А.С. Вrусе и J.H. Marsh описан процесс смешения квантовых ям, основанный на повреждениях, вызванных бомбардировкой активными ионами. Согласно этому методу использовали обработку плазмой Н2 с высокой ВЧ мощностью, а значит, с высокой способностью к повреждению, для введения точечных дефектов на поверхность образцов, которые затем подвергали отжигу, чтобы обеспечить диффузию точечных дефектов в область КЯ. Плазменное экспонирование производили с помощью аппарата реактивного ионного травления (РИТ) с параллельными пластинами. Аналогично этому в статье “Разупорядочение, стимулированное имплантацией ионов Ar+4' путем плазменной иммерсии, в структуре множественных квантовых ям на основе InGaAsP с напряжением” (Plasma Immersion Ar+ Ion Implantation Induced Disorder in Strained InGaAsP Multiple Quantum Wells), L.M. Lam et al., Electronic Letters, т. 34, №8, 16 апреля 1998 г., раскрыт процесс имплантации ионов путем плазменной иммерсии, в котором используется аппарат РИТ. Согласно каждому из этих методов, процесс СКЯ основан на повреждениях, вызванных ионной бомбардировкой, и требует нескольких циклов для достижения сколько-нибудь заметного смещения энергетической запрещенной зоны.An article entitled “Integration process for photonic integrated circuits using plasma damage induced layer intermixing”. Electronics Letters, Vol. 31, 449, 1995, BS Ooi, A.S. Wuss and JH Marsh describe the mixing of quantum wells based on damage caused by bombardment by active ions. According to this method, H 2 plasma treatment with a high RF power, and therefore with a high damage ability, was used to introduce point defects on the surface of the samples, which were then annealed to ensure diffusion of point defects in the QW region. Plasma exposure was performed using a reactive ion etching apparatus (RIT) with parallel plates. Similarly, in the article “Disordering Stimulated by Implantation of Ar +4 'Ions by Plasma Immersion in the Structure of Multiple Voltage InGaAsP Based Quantum Wells” (Plasma Immersion Ar + Ion Implantation Induced Disorder in Strained InGaAsP Multiple Quantum Wells), LM Lam et al ., Electronic Letters, t. 34, No. 8, April 16, 1998, disclosed is the process of ion implantation by plasma immersion, which uses the RIT apparatus. According to each of these methods, the QW process is based on damage caused by ion bombardment and requires several cycles to achieve any noticeable displacement of the energy band gap.

Возможность управлять энергетической запрещенной зоной в пределах пластины полупроводника III-V является ключевым требованием для изготовления монолитных ФИС. Для изготовления таких элементов интегральных схем как лазеры, модуляторы и световоды с низкими потерями необходима пространственная регулировка края полосы поглощения структур КЯ по пластине. Хотя методы СКЯ имеют большие преимущества над методами выращивания и рекристаллизации и методами избирательного эпитаксиального выращивания с точки зрения процесса формирования энергетической запрещенной зоны, пространственное управление, обеспечиваемое этими методами, является косвенным и сложным.The ability to control the energy gap within the III-V semiconductor wafer is a key requirement for the manufacture of monolithic FIS. For the manufacture of such elements of integrated circuits as lasers, modulators, and low-loss fibers, spatial adjustment of the edge of the absorption band of QW structures along the plate is necessary. Although CJW methods have great advantages over growth and recrystallization methods and selective epitaxial growth methods from the point of view of the formation of the energy forbidden zone, the spatial control provided by these methods is indirect and complex.

Колоссальный рост графика в Интернете, мультимедийных услуг и услуг высокоскоростной передачи данных требует от владельцев средств связи быстро и экономично увеличивать емкость своих сетей. Общеизвестны три способа увеличения емкости, а именно прокладка новых волокон, увеличение битовой скорости систем связи и использование мультиплексирования с разделением по длине волны (МРДВ). Ввиду того, что первый способ сопряжен с проблемами высоких затрат и необходимости полосы отчуждения, а второй способ имеет ограниченный потенциал роста ввиду внутренних системных ограничений, третий способ является наиболее привлекательным, поскольку дает возможность многократно увеличить емкость сети при умеренных затратах.The tremendous growth of Internet graphics, multimedia services and high-speed data services requires communication owners to quickly and economically increase the capacity of their networks. It is well known that there are three ways to increase capacity, namely, laying new fibers, increasing the bit rate of communication systems, and using wavelength division multiplexing (WDM). Due to the fact that the first method is fraught with problems of high costs and the need for an exclusion band, and the second method has limited growth potential due to internal systemic limitations, the third method is the most attractive because it makes it possible to multiply the network capacity at moderate costs.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Настоящее изобретение предусматривает способ изготовления фотонной интегральной схемы, содержащей сложную полупроводниковую структуру, имеющую область квантовой ямы, включающий в себя этапы облучения упомянутой структуры с помощью источника фотонного излучения для порождения дефектов, причем фотоны имеют энергию (Е), по меньшей мере равную энергии (Ее) смещения по меньшей мере одного элемента сложного полупроводника, и последующего отжига упомянутой структуры для стимулирования смешения квантовых ям.The present invention provides a method for manufacturing a photon integrated circuit containing a complex semiconductor structure having a quantum well region, comprising the steps of irradiating said structure with a photon radiation source to generate defects, the photons having an energy (E) of at least equal to the energy (Its ) the displacement of at least one element of a complex semiconductor, and subsequent annealing of the above structure to stimulate the mixing of quantum wells.

Предпочтительным источником фотонного излучения является плазма, хотя можно использовать и другие источники высокоэнергетических фотонов. Пригодны такие источники плазмы как системы электронного циклотронного резонанса (ЭЦР), системы индуктивно связанной плазмы (ИСП), плазменный диск, возбуждаемый пучком низкоэнергетических электронов в вакууме, или плазменные устройства мягкого рентгеновского излучения (МРИ). Другие пригодные источники высокоэнергетического фотонного излучения включают в себя электрические газоразрядные приборы, эксимерные лазеры, синхротронные устройства, импульсные рентгеновские устройства и источники гамма-излучения.The preferred source of photon radiation is plasma, although other sources of high-energy photons can be used. Plasma sources such as electron cyclotron resonance (ECR) systems, inductively coupled plasma (ICP) systems, a plasma disk excited by a low-energy electron beam in a vacuum, or soft X-ray plasma devices (MRI) are suitable. Other suitable sources of high-energy photon radiation include electric gas discharge devices, excimer lasers, synchrotron devices, pulsed x-ray devices, and gamma radiation sources.

Способ может содержать этап маскирования части структуры для управления степенью радиационного повреждения. Так, маска может быть приспособлена для полного предотвращения смешения. Однако предпочтительно маскировать структуру для избирательного, пространственно управляемого смешения путем управления экспонированием участков структуры заранее определенным образом.The method may include the step of masking part of the structure to control the degree of radiation damage. So, the mask can be adapted to completely prevent mixing. However, it is preferable to mask the structure for selective, spatially controlled mixing by controlling the exposure of sections of the structure in a predetermined manner.

Имеется несколько пригодных видов масок экспонирования, в том числе двоичные маски, фазовые маски, полутоновые маски, диэлектрические или металлические маски и фоторезистивные маски. Пространственное управление смешением предпочтительно осуществлять с помощью шаблона маски переменного профиля. В нашей созместно поданной международной заявке №РСТ/GB01/00904, опубликованной под №WO 01/67497, описан способ шаблонирования структуры путем экспонирования слоя фоторезистивного материала через полутоновую маску (т.е. маску с разными уровнями серого). Степенью смешения квантовых ям управляют с возможностью пространственной избирательности в зависимости от характеристик оптического пропускания полутоновой маски. Этот метод особенно пригоден для использования в настоящем изобретении, поскольку позволяет конструировать такую маску, которая может управлять экспонированием структуры излучению с высокой энергией. Шаблон фоторезистивной маски можно использовать сам по себе для управления экспонированием или вместо этого его можно использовать для перевода шаблона маски в нижележащий материал, например слой диэлектрического материала, посредством процесса травления.There are several suitable types of exposure masks, including binary masks, phase masks, grayscale masks, dielectric or metal masks, and photoresist masks. Spatial mixing control is preferably performed using a variable profile mask template. Our internationally filed application PCT / GB01 / 00904, published under No. WO 01/67497, describes a method for patterning a structure by exposing a layer of photoresistive material through a halftone mask (i.e. a mask with different gray levels). The degree of mixing of the quantum wells is controlled with the possibility of spatial selectivity depending on the optical transmission characteristics of the grayscale mask. This method is particularly suitable for use in the present invention, because it allows you to design such a mask that can control the exposure of the structure to radiation with high energy. The photo-resistive mask template can be used on its own to control exposure, or can instead be used to translate the mask template into underlying material, such as a dielectric layer, through an etching process.

Главным признаком настоящего изобретения является использование источника такого излучения, которое приводит к радиационному повреждению кристаллической структуры. Для этого необходим строго определенный минимальный перенос энергии. Эта энергия называется энергией смещения и обозначается ЕC. Перенос превышающей ЕC энергии приводят к смещению атома, которое представляет собой либо первичное смещение, когда ион основного элемента выбивается одной из бомбардирующих частиц, либо вторичное смещение, когда перенос энергии осуществляется из ранее выбитого атома основного элемента. Ниже приведены значения энергии ЕC в электрон-вольтах (эВ) для ряда полупроводниковых материалов из элементов III-V групп:The main feature of the present invention is the use of a source of such radiation, which leads to radiation damage to the crystal structure. This requires a strictly defined minimum energy transfer. This energy is called the displacement energy and is denoted by E C. The transfer of energy exceeding E C leads to the displacement of the atom, which is either the primary displacement when the ion of the main element is knocked out by one of the bombarding particles, or the secondary displacement when the energy is transferred from the previously knocked out atom of the main element. Below are the values of energy E C in electron volts (eV) for a number of semiconductor materials from elements of groups III-V:

Figure 00000002
Figure 00000002

Хотя известно, что ультрафиолетовое излучение в вакууме (ВУФ) может вызывать повреждение полупроводниковых структур, раньше это явление исследовали на предмет того, как можно устранить или по меньшей мере исправить это повреждение путем отжига, чтобы эти дефекты не влияли на работу устройства.Although it is known that ultraviolet radiation in vacuum (VUV) can cause damage to semiconductor structures, this phenomenon was previously investigated for how to fix or at least fix this damage by annealing so that these defects do not affect the operation of the device.

Этот новый, экономичный и простой метод можно применять для изготовления ФИС в целом, а также источников для МРДВ в частности. Применяя метод СКЯ в соответствии с настоящим изобретением, можно регулировать ширину энергетической запрещенной зоны материала с КЯ таким образом, чтобы она принимала разные значения на протяжении пластины. Это позволяет не только интегрировать монолитные многочастотные лазеры, но также интегрировать их с модуляторами и соединителями в едином кристалле (чипе). Этот метод также можно применять для упрощения процессов изготовления и проектирования суперлюминесцентных диодов (СЛД) за счет расширения спектра усиления до максимума после эпитаксиального выращивания.This new, economical and simple method can be used for the manufacture of FIS in general, as well as sources for WDM in particular. Using the QW method in accordance with the present invention, it is possible to adjust the energy gap of the QW material so that it assumes different values along the plate. This allows not only integrating monolithic multi-frequency lasers, but also integrating them with modulators and connectors in a single chip (chip). This method can also be used to simplify the manufacturing and design processes of superluminescent diodes (SLD) by expanding the gain spectrum to a maximum after epitaxial growth.

Исследователи, занимающиеся интеграцией фотонных приборов, в настоящее время рассматривают метод СКЯ как перспективный подход только для двухсекционных фотонных приборов, поскольку в противном случае традиционные процессы СКЯ становятся громоздкими и сложными. Для многосекционной интеграции исследователи предпочитают использовать избирательную эпитаксию, несмотря на ее сложность и неэкономичность. Настоящее изобретение показывает, что применение СКЯ не ограничивается двухсекционными приборами. Кроме того, этот метод более экономичен и обеспечивает более высокую производительность и доходность по сравнению с избирательной эпитаксией.Researchers involved in the integration of photonic devices are currently considering the CQW method as a promising approach only for two-section photonic devices, because otherwise traditional CQW processes become cumbersome and complex. For multisectional integration, researchers prefer to use selective epitaxy, despite its complexity and inefficiency. The present invention shows that the use of SCW is not limited to two-section devices. In addition, this method is more economical and provides higher productivity and profitability compared to selective epitaxy.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Перейдем к подробному описанию вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:We proceed to a detailed description of embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings, in which:

фиг.1 - иллюстративная схема системы ЭЦР;figure 1 is an illustrative diagram of an ECR system;

фиг.2 - схематическое представление многослойной структуры ЕКЯ на основе InGaAs/InGaAsP и зонная диаграмма структуры;figure 2 - schematic representation of the multilayer structure of the NQF based on InGaAs / InGaAsP and zone diagram of the structure;

фиг.3А и 3В - графики, иллюстрирующие спектры ФЛ (фотолюминесценции) образцов, облученных плазмой Аr;figa and 3B are graphs illustrating the PL spectra (photoluminescence) of samples irradiated with Ar plasma;

фиг.4 - график, иллюстрирующий соотношение между временем экспонирования Аr и относительным смещением энергетической запрещенной зоны для различных значений мощности СВЧ;4 is a graph illustrating the relationship between the exposure time Ar and the relative displacement of the energy gap for various microwave power values;

фиг.5 - график, иллюстрирующий соотношение между рабочей температурой и относительным смещением энергетической запрещенной зоны;5 is a graph illustrating the relationship between the operating temperature and the relative displacement of the energy gap;

фиг.6 - график, иллюстрирующий соотношение между рабочим давлением и относительным смещением энергетической запрещенной зоны;6 is a graph illustrating the relationship between the working pressure and the relative displacement of the energy gap;

фиг.7 - схематический вид образца, частично маскированного слоем фоторезистивного материала;7 is a schematic view of a sample partially masked by a layer of photoresistive material;

фиг.8 - график, иллюстрирующий спектры ФЛ, полученные на образце, показанном на фиг.7, после облучения плазмой Аr;Fig.8 is a graph illustrating the PL spectra obtained on the sample shown in Fig.7, after irradiation with plasma Ar;

фиг.9 - график, иллюстрирующий соотношение между мощностью ВЧ и относительным смещением энергетической запрещенной зоны;Fig.9 is a graph illustrating the relationship between the RF power and the relative displacement of the energy gap;

фиг.10 - график, иллюстрирующий соотношение между мощностью СВЧ и относительным смещением энергетической запрещенной зоны;10 is a graph illustrating the relationship between microwave power and relative displacement of the energy gap;

фиг.11 - график, иллюстрирующий относительное смещение энергетической запрещенной зоны для образцов, облученных плазмой Аr при разной толщине маски из SiO2;11 is a graph illustrating the relative displacement of the energy gap for samples irradiated with Ar plasma at different thicknesses of the SiO 2 mask;

фиг.12 - схематический вид лазера большой площади со световодом, сформированным путем распределения усиления; и12 is a schematic view of a large area laser with a light guide formed by gain distribution; and

фиг.13 - график, иллюстрирующий приведенные спектры прибора, изображенного на фиг.12.Fig.13 is a graph illustrating the spectra of the device depicted in Fig.12.

Подробное описание изобретенияDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

В основе настоящего изобретения лежит открытие, заключающееся в том, что более эффективный вариант плазмостимулированного СКЯ можно получить, используя излучение высокой энергии, например излучение ВУФ, генерируемое в плазме, образованной методом ЭЦР. Этот плазменный процесс действует в совершенно ином режиме по сравнению с вышеописанным методом СКЯ с применением плазмостимулированного разупорядочения. Управляя мощностью СВЧ в процессе ЭЦР, можно генерировать излучение высокой энергии, которое нельзя получить с помощью традиционного аппарата РИТ. В результате голубое смещение СКЯ, полученное с использованием излучения высокой энергии, оказывается значительно сильнее.The present invention is based on the discovery that a more efficient version of a plasma-stimulated QW can be obtained using high-energy radiation, for example, VUV radiation generated in a plasma formed by ECR. This plasma process operates in a completely different mode compared to the above described QW method using plasma-stimulated disordering. By controlling the microwave power in the ECR process, it is possible to generate high-energy radiation, which cannot be obtained using the traditional RIT apparatus. As a result, the blue shift of the CQW obtained using high-energy radiation is much stronger.

В системе ЭЦР магнитное поле действует совместно с возбуждающей электромагнитной волной. Под действием этих полей электроны совершают круговое или орбитальное движение, радиус которого зависит от интенсивности полей, и частота их вращения называется электронной циклотронной частотой. Когда частота электромагнитной волны равна циклотронной частоте, имеет место фазовая когерентность, приводящая к непрерывному увеличению энергии электронов. При таких условиях происходит излучательный перенос энергии возбуждающего электромагнитного поля к электронам, который известен как резонансный процесс. В этом резонансном процессе электроны в объеме плазмы увеличивают свою энергию за счет СВЧ возбуждения и передают энергию молекулам посредством соударений, приводящих к электронно-ударной ионизации и генерации плазмы высокой плотности. Высокоионизированные ионы испускают фотоны в узкой полосе ВУФ.In an ECR system, a magnetic field acts in conjunction with an exciting electromagnetic wave. Under the influence of these fields, the electrons make a circular or orbital motion, the radius of which depends on the intensity of the fields, and the frequency of their rotation is called the electron cyclotron frequency. When the frequency of the electromagnetic wave is equal to the cyclotron frequency, phase coherence occurs, leading to a continuous increase in electron energy. Under such conditions, radiative energy transfer of the exciting electromagnetic field to the electrons, which is known as the resonant process, occurs. In this resonant process, electrons in the plasma volume increase their energy due to microwave excitation and transfer energy to the molecules through collisions leading to electron-impact ionization and high-density plasma generation. Highly ionized ions emit photons in a narrow VUV band.

ЭЦР метод образования плазмы приобретает все большую популярность в микроэлектронной обработке, например, при травлении и осаждении тонких пленок, ввиду своей способности поддерживать высокодиссоциированные и высокоионизированные плазмы при относительно низких давлениях и температурах. Это дает возможность использовать такую плазму при более низком давлении (обычно от 10-3 до 10-2 Торр), чем традиционную плазму ВЧ РИТ, и в ряде случаев ее степень ионизации достигает примерно 10%.The ECR method of plasma formation is becoming increasingly popular in microelectronic processing, for example, during etching and deposition of thin films, due to its ability to maintain highly dissociated and highly ionized plasmas at relatively low pressures and temperatures. This makes it possible to use such a plasma at a lower pressure (usually from 10 -3 to 10 -2 Torr) than the traditional HF RIT plasma, and in some cases its degree of ionization reaches about 10%.

Резонанс, т.е. пиковое поглощение энергии, наступает, когда частота переменного электрического поля совпадает с циклотронной частотой. В этом случае спиральное движение электронов совпадает по фазе с переменным электрическим полем, что обеспечивает резонансное ускорение электронов с каждой сменой полярности. На промышленной частоте СВЧ, равной 2,45 ГГц, резонанс наступает при наличии постоянного магнитного поля 873 Гс. Чтобы резонансное поглощение энергии происходило эффективно, электроны должны двигаться по своим циклотронным орбитам без столкновений с нейтральными частицами. Столкновения препятствуют поглощению энергии по причине передачи энергии нейтральным частицам и рандомизации (т.е. приданию случайности) направления. В общем случае столкновения приводят к неэффективному электронному циклотронному нагреву при давлениях свыше 20 мТорр. При эффективном разряде в процессе ЭЦР можно достичь концентрации ионов и электронов до 1012 см-3. Это примерно в 100-1000 раз больше концентрации, достижимой в плазме, генерируемой традиционными системами РИТ.Resonance, i.e. peak absorption of energy occurs when the frequency of an alternating electric field coincides with the cyclotron frequency. In this case, the spiral motion of the electrons coincides in phase with the alternating electric field, which provides resonant acceleration of electrons with each polarity reversal. At an industrial microwave frequency of 2.45 GHz, resonance occurs in the presence of a constant magnetic field of 873 G. For resonant energy absorption to occur efficiently, electrons must move in their cyclotron orbits without collisions with neutral particles. Collisions prevent the absorption of energy due to the transfer of energy to neutral particles and randomization (i.e. randomization) of direction. In the general case, collisions lead to inefficient electron cyclotron heating at pressures above 20 mTorr. With an effective discharge in the ECR process, it is possible to achieve a concentration of ions and electrons up to 10 12 cm -3 . This is approximately 100-1000 times the concentration achievable in the plasma generated by traditional RIT systems.

Для обработки образцов, описанных ниже, использовали систему ЭЦР типа Plasma Quest Series II PQM-9187-A. Ее схема показана на фиг.1. Система 10 состоит из СВЧ-генератора 11 с частотой излучения 2,45 ГГц, которое поступает в резонатор 12 системы ЭЦР через кварцевое окно. Мощность СВЧ варьируется в пределах 0-1500 Вт. Генератор СВЧ подключен к трехшлейфовому регулятору, состоящему из трех шлейфов согласования импеданса, установленных в волноводе 13 длиной 9 дюймов (22,86 см). Это делается для снижения отраженной мощности при подаче энергии СВЧ на легкорегулируемый источник плазмы или пользовательскую нагрузку. Дополнительные постоянные магниты 14 типа Nd-Fe-B установлены по периметру реактора и заделаны в заземленный верхний электрод. Магнитное поле, создаваемое такой конструкцией, лучше удерживает плазму. Под его действием ионы плазмы концентрируются в центре камеры, удаляясь от стенок камеры, что позволяет снизить утечку заряда через стенки.For processing the samples described below, the Plasma Quest Series II PQM-9187-A type ECR system was used. Its circuit is shown in figure 1. System 10 consists of a microwave generator 11 with a radiation frequency of 2.45 GHz, which enters the resonator 12 of the ECR system through a quartz window. Microwave power varies between 0-1500 watts. The microwave generator is connected to a three-loop regulator, consisting of three impedance matching loops installed in a 13-inch waveguide 13 9 inches (22.86 cm) long. This is done to reduce the reflected power when applying microwave energy to an easily adjustable plasma source or user load. Additional permanent magnets 14 of the Nd-Fe-B type are installed around the perimeter of the reactor and embedded in a grounded upper electrode. The magnetic field created by such a design holds plasma better. Under its action, plasma ions are concentrated in the center of the chamber, moving away from the walls of the chamber, which reduces charge leakage through the walls.

Реактор ЭЦР также содержит держатель 15 образца, подключенный к источнику 16 излучения ВЧ, работающему на частоте 13,56 МГц. Максимальная мощность, выдаваемая ВЧ-генератором, равна 500 Вт. Мощность СВЧ определяет степень диссоциации и генерации активных частиц. С другой стороны, источник ВЧ подает смещение на подложку и таким образом управляет потоком ионов к подложке, повышая направленность процесса.The ECR reactor also contains a sample holder 15 connected to an RF radiation source 16 operating at a frequency of 13.56 MHz. The maximum power provided by the RF generator is 500 watts. The microwave power determines the degree of dissociation and generation of active particles. On the other hand, the RF source biases the substrate and thus controls the flow of ions to the substrate, increasing the directivity of the process.

Структуры InzGa1-zAs/InxGa1-xASyP1-y, используемые в описанных ниже примерах, были выращены методом химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений (МОХОПФ) на подложку из InP. Область единичной квантовой ямы (ЕКЯ) является нелегированной и образована структурой КЯ на основе InzGa1-zAs шириной 5,5 нм, ограниченной барьерами на основе InxGa1-xASyP1-y шириной 12 нм (λg=1,26 мкм). Активная область ограничена слоями удержания из InxGa1-nASyP1-y со ступенчатым профилем показателя преломления (СППП). Толщина и состав этих слоев составляли 50 нм при λg=1,18 мкм и 89 нм при λg=1,05 мкм соответственно. Структура, которая была полностью (везде) согласована по кристаллической решетке с InP, была дополнена слоем верхней оболочки из InP толщиной 1,4 мкм и слоем InxGa1-xASyP1-y толщиной 0, 65 мкм, за которым следовал слой InzGa1-zAs, выступающий в роли контактного слоя. Слой нижней оболочки был легирован серой в концентрации 2,5 × 1018 см-3. Первый слой верхней оболочки (InP) был легирован Zn в концентрации 7,4 × 1017 см-3, а следующие слои были легированы Zn в концентрации 2 х 1018 см-31 и 1,3 × 1019 см-3 соответственно. Основные данные по многослойной структуре и ее графическое представление приведены в таблице 1 и на фиг.2 соответственно.The In z Ga 1-z As / In x Ga 1-x AS y P 1-y structures used in the examples described below were grown by chemical vapor deposition of organometallic compounds (MOHOPF) on an InP substrate. The region of a single quantum well (NQW) is undoped and is formed by the structure of a QW based on In z Ga 1-z As 5.5 nm wide, limited by barriers based on In x Ga 1-x AS y P 1-y 12 nm wide (λ g = 1.26 μm). The active region is bounded by retention layers of In x Ga 1-n AS y P 1-y with a stepped refractive index profile (SPP). The thickness and composition of these layers were 50 nm at λ g = 1.18 μm and 89 nm at λ g = 1.05 μm, respectively. The structure, which was completely (everywhere) coordinated with InP in the crystal lattice, was supplemented by a layer of InP upper shell of 1.4 μm thick and a layer of In x Ga 1-x AS y P 1-y with a thickness of 0.65 μm, followed by layer In z Ga 1-z As, acting as a contact layer. The layer of the lower shell was doped with sulfur at a concentration of 2.5 × 10 18 cm -3 . The first layer of the upper shell (InP) was doped with Zn at a concentration of 7.4 × 10 17 cm -3 , and the following layers were doped with Zn at a concentration of 2 × 10 18 cm -3 1 and 1.3 × 10 19 cm -3, respectively. The main data on the multilayer structure and its graphical representation are shown in table 1 and figure 2, respectively.

Figure 00000003
Figure 00000003

Структура СППП используется для получения лучшего оптического удержания за счет разницы в показателе преломления, т.е. более высокого показателя преломления структуры КЯ по сравнению с барьерами. Нижняя область СППП легирована S (n-тип), при этом верхняя область СППП (слои 7-8) не легирована примесью р-типа, т.е. Zn, во избежание его диффузии в область КЯ на этапе СКЯ, что привело бы к ухудшению качества активного слоя. Верхний слой InGaAs используется в качестве контактного слоя, а слой InGaAsP лежит между слоями InP и InGaAs, сглаживая резкий переход от структуры InP к структуре InGaAs.The structure of the SPPP is used to obtain better optical confinement due to the difference in the refractive index, i.e. higher refractive index of the QW structure compared to barriers. The lower region of the SPPP is doped with S (n-type), while the upper region of the SPPP (layers 7-8) is not doped with an p-type impurity, i.e. Zn, in order to prevent its diffusion into the QW region at the QW stage, which would lead to a deterioration in the quality of the active layer. The upper InGaAs layer is used as the contact layer, and the InGaAsP layer lies between the InP and InGaAs layers, smoothing the sharp transition from the InP structure to the InGaAs structure.

Сначала образцы 17 очистили и нарезали до размеров 2 × 2 мм2. Затем их облучили плазмой Аr в устройстве ЭЦР 10, показанном на фиг.1, при различных условиях процесса. Для первой серии образцов, подвергнутых плазменной обработке, мощность ВЧ и СВЧ была зафиксирована на 450 Вт (собственное смещение постоянного тока около -35 В) и 1400 Вт соответственно при расходе Аr 50 см3/мин (sсcm) и рабочем давлении 30 мТорр. Время экспонирования варьировали от 1 до 15 мин. Другую серию образцов облучали плазмой Аr при тех же условиях процесса за исключением того, что мощность СВЧ снизили до 800 Вт (собственное смещение постоянного тока около -60 В). Время экспонирования варьировали от 1 до 9 мин. После облучения плазмой образцы подвергли отжигу при 600°С в течение 2 мин с помощью аппарата быстрой термической обработки (БТО). На этапе отжига использовали плотно прилегающую крышку из GaAs, чтобы обеспечить воздействие избыточного давления As на образцы.First, samples 17 were cleaned and cut to 2 × 2 mm 2 . Then they were irradiated with Ar plasma in the ECR device 10 shown in FIG. 1 under various process conditions. For the first series of samples subjected to plasma treatment, the RF and microwave power was fixed at 450 W (proper DC bias of about -35 V) and 1400 W, respectively, at a flow rate of Ar 50 cm 3 / min (sсcm) and an operating pressure of 30 mTorr. The exposure time varied from 1 to 15 minutes. Another series of samples was irradiated with Ar plasma under the same process conditions, except that the microwave power was reduced to 800 W (proper DC bias of about -60 V). The exposure time varied from 1 to 9 minutes. After plasma irradiation, the samples were annealed at 600 ° С for 2 min using a fast heat treatment apparatus (BTO). At the annealing stage, a tight-fitting GaAs cap was used to ensure that As exerts pressure on the samples.

На фиг.3А и 3В показаны соответственно спектры ФЛ образцов, облученных плазмой Аr при разной продолжительности экспонирования и мощности СВЧ 1400 Вт и 800 Вт. На фиг.4 показано относительное смещение энергетической запрещенной зоны по отношению к только что выращенному образцу как функция времени экспонирования для плазмы Аr, генерированной при мощности ВЧ 450 Вт и мощности СВЧ 800 Вт и 1400 Вт соответственно.3A and 3B respectively show the PL spectra of samples irradiated with Ar plasma at different exposure times and microwave powers of 1400 W and 800 W. Figure 4 shows the relative displacement of the energy band gap with respect to the just grown sample as a function of exposure time for Ar plasma generated at an RF power of 450 W and a microwave power of 800 W and 1400 W, respectively.

Из фиг.4 явствует, что в образцах, облученных плазмой Аr, наблюдается эффект СКЯ, который вызывает расширение энергетической щели и голубое смещение длины волны люминесценции. Степень смещения постепенно возрастает с увеличением времени экспонирования для образцов, экспонируемых при 1400 Вт. Смещение энергетической запрещенной зоны достигает насыщения примерно на 106 нм (72 мэВ) после 10 мин плазменной обработки. Насыщение смещения энергетической запрещенной зоны означает, что по истечении времени экспонирования 10 мин количество точечных дефектов, порождаемых ионной бомбардировкой и радиационным повреждением, достигает максимума. Результаты, полученные для образцов, экспонированных при мощности 800 Вт, показали примерно такую же тенденцию, что и при 1400 Вт, но с меньшим голубым смещением. Это можно объяснить тем, что меньшая мощность СВЧ обеспечивает более низкую степень ионизации плазмы Аr. При данных условиях экспонирования наибольшее достигнутое голубое смещение составило около 66 нм (42 мэВ) для образца, обработанного в течение 9 мин.From figure 4 it is clear that in the samples irradiated with Ar plasma, the QW effect is observed, which causes an expansion of the energy gap and a blue shift of the luminescence wavelength. The degree of displacement gradually increases with increasing exposure time for samples exposed at 1400 W. The energy band gap displacement reaches saturation by approximately 106 nm (72 meV) after 10 min of plasma treatment. Saturation of the energy gap displacement means that after the exposure time of 10 min, the number of point defects caused by ion bombardment and radiation damage reaches a maximum. The results obtained for samples exposed at a power of 800 W showed approximately the same trend as at 1400 W, but with a lower blue shift. This can be explained by the fact that a lower microwave power provides a lower degree of plasma ionization Ar. Under these exposure conditions, the highest achieved blue shift was about 66 nm (42 meV) for the sample treated for 9 min.

Из фиг.5 следует, что смещение энергетической запрещенной зоны и рабочая температура не связаны никаким линейным соотношением. Максимальное смещение энергетической запрещенной зоны в 32 нм было получено при рабочей температуре 100°С. Обычно ожидается, что при более высокой температуре степень СКЯ окажется выше за счет ионноударного повреждения. Однако в данном случае это явление не наблюдалось. Отсюда можно сделать вывод, что концентрация дефектов, порожденных в этом процессе, ниже определенного порога активации СКЯ.From figure 5 it follows that the displacement of the energy gap and the operating temperature are not connected by any linear relationship. The maximum energy gap of 32 nm was obtained at an operating temperature of 100 ° C. It is generally expected that, at a higher temperature, the degree of SCW will be higher due to ion impact damage. However, in this case, this phenomenon was not observed. From this we can conclude that the concentration of defects generated in this process is below a certain threshold for the activation of SCW.

На фиг.6 показано смещение энергетической запрещенной зоны в зависимости от рабочего давления. Смещение энергетической запрещенной зоны достигает максимального значения в 49 нм при рабочем давлении 30 мТорр и постепенно снижается с ростом давления. Полученные результаты можно объяснить тем, что при возрастании рабочего давления от 10 до 30 мТорр концентрация нейтральных и ионизированных частиц плазмы возрастает. Таким образом, чем больше возникает дефектов, тем выше степень смещения. Однако по мере дальнейшего роста давления длина свободного пробега ионов начинает уменьшаться. Это приводит к значительному снижению количества ионов и нейтральных частиц, сталкивающихся с поверхностью образца, и тем самым к снижению количества порождаемых дефектов. Повышение степени ионизации вследствие роста давления должно вызывать увеличение радиационного повреждения. Однако результаты свидетельствуют о минимальном изменении интенсивности излучения и показывают, что его воздействие на СКЯ в пределах диапазона давлений остается практически постоянным.Figure 6 shows the displacement of the energy forbidden zone depending on the operating pressure. The energy band gap reaches a maximum value of 49 nm at an operating pressure of 30 mTorr and gradually decreases with increasing pressure. The results can be explained by the fact that with an increase in operating pressure from 10 to 30 mTorr, the concentration of neutral and ionized plasma particles increases. Thus, the more defects occur, the higher the degree of displacement. However, as the pressure increases further, the mean free path of ions begins to decrease. This leads to a significant decrease in the number of ions and neutral particles colliding with the surface of the sample, and thereby to a decrease in the number of generated defects. An increase in the degree of ionization due to an increase in pressure should cause an increase in radiation damage. However, the results indicate a minimal change in the radiation intensity and show that its effect on the QW within the pressure range remains almost constant.

Процесс СКЯ целесообразно применять лишь в том случае, когда его можно локализовать на нужных участках полупроводника, т.е. при возможности избирательного смешения. Избирательность является важным аспектом процесса, поскольку она обеспечивает возможность интеграции. Применительно к СКЯ четкость границы раздела между смешанной и несмешанной областями именуется пространственным разрешением. Следует добиваться высокого пространственного разрешения процесса перемешивания, поскольку оно обеспечивает компактность интеграции приборов.The process of SCW is advisable to apply only in the case when it can be localized in the desired sections of the semiconductor, i.e. if possible selective mixing. Selectivity is an important aspect of the process because it provides the ability to integrate. With respect to SCJ, the sharpness of the interface between the mixed and unmixed regions is referred to as spatial resolution. A high spatial resolution of the mixing process should be sought, since it provides a compact instrument integration.

Для изучения избирательности плазменных процессов подготовили образцы 20 размерами 2 × 4 мм2 (фиг.7). Половину образцов шаблонировали фоторезистивным материалом или фоторезистом 21. Эти образцы 20 облучили плазмой Аr при мощности ВЧ 450 Вт и мощности СВЧ 1400 Вт в течение 5 мин. Участок, маскированный фоторезистом 21, защищен от повреждения, вызываемого воздействием плазмы Аr, и таким образом не подвержен или минимально подвержен СКЯ после процесса БТО.To study the selectivity of plasma processes, samples were prepared with 20 sizes of 2 × 4 mm 2 (Fig. 7). Half of the samples were patterned with photoresistive material or photoresist 21. These samples 20 were irradiated with Ar plasma at an RF power of 450 W and a microwave power of 1400 W for 5 min. The area masked by photoresist 21 is protected from damage caused by exposure to Ar plasma, and thus is not exposed or minimally affected by the QW after the BTO process.

На фиг.8 показаны спектры ФЛ, полученные на образцах 20 после облучения Аr и последующего термического отжига. Из графика видно, что участок, маскированный слоем фоторезиста 21, получил незначительное смещение энергетической запрещенной зоны (-10 нм), тогда как участок 22, экспонированный плазме, получил значительно большее смещение энергетической запрещенной зоны в 64 нм; таким образом, между маскированной и немаскированной областями образовалось относительное смещение энергетической запрещенной зоны, равное 54 нм. Этот результат отчетливо свидетельствует о том, что в образцах InGaAs-InGaAsP при использовании в качестве маскирующего слоя только фоторезиста можно добиться высокой избирательности. Незначительное смещение энергетической запрещенной зоны в маскированной области можно объяснить изменением энергетической запрещенной зоны, обусловленным тепловыми эффектами.On Fig shows the PL spectra obtained on samples 20 after irradiation of Ar and subsequent thermal annealing. It can be seen from the graph that the region masked by the photoresist layer 21 received a slight displacement of the energy gap (-10 nm), while the region 22 exposed to the plasma received a much larger energy gap of 64 nm; Thus, between the masked and unmasked regions, a relative energy gap of 54 nm was formed. This result clearly indicates that in InGaAs-InGaAsP samples when using only a photoresist as a masking layer, high selectivity can be achieved. A slight shift in the energy gap in the masked region can be explained by a change in the energy gap due to thermal effects.

Предполагается, что плазма, генерируемая с использованием только излучения ВЧ, обеспечивает в основном ионноударное повреждение. Основная причина заключается в высокой разности потенциалов между плазмой и полупроводником, которая может достигать 130 эВ. Подвергая образец воздействию такой плазмы, можно исследовать механизм СКЯ в плазменной среде с преобладанием ионной бомбардировки.It is assumed that plasma generated using only RF radiation provides mainly ion impact damage. The main reason is the high potential difference between the plasma and the semiconductor, which can reach 130 eV. By exposing the sample to the influence of such a plasma, it is possible to study the QW mechanism in a plasma medium with a predominance of ion bombardment.

Группу образцов облучили плазмой Аr, генерированной в различных условиях ВЧ, тогда как другие рабочие параметры оставались постоянными. Время экспонирования во всех случаях было равно 5 мин. На фиг.9 показано относительное смещение энергетической запрещенной зоны как функции мощности ВЧ. Согласно фиг.9, образцы, обработанные плазмой при наличии только ВЧ, проявляют незначительное смещение энергетической запрещенной зоны при максимальном смещении 22 нм (10 мэВ).A group of samples was irradiated with Ar plasma generated under different RF conditions, while other operating parameters remained constant. The exposure time in all cases was 5 minutes. Figure 9 shows the relative displacement of the energy gap as a function of RF power. According to Fig.9, samples treated with plasma in the presence of only RF exhibit a slight displacement of the energy gap at a maximum displacement of 22 nm (10 meV).

Смещения энергетической запрещенной зоны при других значениях мощности ВЧ также достаточно малы.The displacements of the energy band gap at other RF power values are also quite small.

Другую группу образцов облучили плазмой, генерированной в различных условиях СВЧ, тогда как другие рабочие параметры оставались постоянными. Время экспонирования во всех случаях было равно 5 мин. По окончании экспонирования образцы подвергли отжигу при 600°С в течение 2 мин. На фиг.10 показано относительное смещение энергетической запрещенной зоны как функции мощности СВЧ.Another group of samples was irradiated with plasma generated under various microwave conditions, while other operating parameters remained constant. The exposure time in all cases was 5 minutes. At the end of the exposure, the samples were annealed at 600 ° С for 2 min. Figure 10 shows the relative displacement of the energy gap as a function of microwave power.

Согласно фиг.10, образцы, обработанные плазмой при наличии только СВЧ, демонстрируют смещение энергетической запрещенной зоны до 66 нм (42 мэВ). Величина смещения энергетической запрещенной зоны также возрастает с увеличением мощности СВЧ. Этот результат говорит о том, что высокоэнергетическое ВУФ-излучение, генерируемое ЭЦР-плазмой высокой плотности, оказывает на эффект СКЯ более сильное влияние, чем ионная бомбардировка. Таким образом, оно играет важную роль в СКЯ в структурах InGaAs/InGaAsP при использовании этого процесса.According to figure 10, samples treated with plasma in the presence of only microwave, show a shift of the energy band gap to 66 nm (42 meV). The magnitude of the energy gap is also increasing with increasing microwave power. This result suggests that the high-energy VUV radiation generated by high-density ECR plasma has a stronger effect on the QW effect than ion bombardment. Thus, it plays an important role in the QW in InGaAs / InGaAsP structures when using this process.

В таблице 2 указаны рассмотренные выше рабочие параметры, указаны их возможные диапазоны значений и предпочтительные диапазоны значений.Table 2 shows the operating parameters discussed above, their possible ranges of values and preferred ranges of values.

Figure 00000004
Figure 00000004

В следующем примере слой SiO2 используется в качестве маски экспонирования плазме Аr для исследования зависимости скорости смешения от толщины SiO2, осажденного на структуре МКЯ на основе InGaAs/InGaAsP. Возможность управлять степенью смешения, изменяя толщину SiO2, позволило бы изменять по горизонтали ширину энергетической запрещенной зоны в образце. Это позволило бы создавать приборы, требующие распределения различных рабочих длин волны по образцу, например многочастотные лазеры.In the following example, the SiO 2 layer is used as an exposure mask for Ar plasma to study the dependence of the mixing rate on the thickness of SiO 2 deposited on the InGaAs / InGaAsP based MQW structure. The ability to control the degree of mixing by changing the thickness of SiO 2 would make it possible to horizontally change the energy gap in the sample. This would allow the creation of devices requiring the distribution of various working wavelengths across the sample, for example, multi-frequency lasers.

Нарезали образцы со структурами МКЯ на основе InGaAs/InGaAsP размером 2 × 2 мм2 и на образцы осадили слои SiO2 разной толщины с помощью системы ПСХОПФ. Толщина SiO2 варьировалась в пределах от 100 до 1200 нм. Для каждой толщины SiO2 использовали четыре образца; это делали для изучения повторяемости процесса.Samples with MQW structures based on InGaAs / InGaAsP 2 × 2 mm 2 in size were cut, and SiO 2 layers of different thicknesses were deposited onto the samples using the PSKHFF system. The thickness of SiO 2 ranged from 100 to 1200 nm. Four samples were used for each thickness of SiO 2 ; This was done to study the repeatability of the process.

Все образцы облучили плазмой Аr при мощности ВЧ 450 Вт и мощности СВЧ 1400 Вт в течение 10 мин. По окончании экспонирования по два образца для каждой толщины SiO2 поместили в раствор HF:H2O с отношением 2:1. Это было сделано для удаления слоя SiO2 с образцов перед переходом к процессу отжига. Таким образом изучали эффект отжига при наличии и в отсутствии покрытия SiO2. Затем образцы подвергли отжигу в БТО при температуре 590°С в течение 2 мин. После этого провели измерения ФЛ для того, чтобы анализировать степень СКЯ.All samples were irradiated with Ar plasma at an RF power of 450 W and a microwave power of 1400 W for 10 min. At the end of the exposure, two samples for each thickness of SiO 2 were placed in a solution of HF: H 2 O with a ratio of 2: 1. This was done to remove the SiO 2 layer from the samples before proceeding to the annealing process. Thus, the annealing effect was studied in the presence and absence of a SiO 2 coating. Then, the samples were annealed in BTO at a temperature of 590 ° С for 2 min. After that, PL measurements were carried out in order to analyze the degree of CQW.

На фиг.11 показано относительное смещение энергии запрещенной зоны для образцов, облученных плазмой Аr при разных значениях толщины SiO2. Согласно фиг.11, степень смешения постепенно снижается по мере увеличения толщины SiO2. Однако при толщине SiO2 менее 500 нм степень смешения остается достаточно постоянной, причем смещение энергетической запрещенной зоны остается в пределах 40-50 мэВ. При толщине покрытия SiO2 свыше 800 нм никакого значительного смещения энергетической запрещенной зоны не наблюдалось. В диапазоне значений толщины SiO2 500-800 нм было обнаружено значительное снижение степени смешения с увеличением толщины.11 shows the relative energy shift of the band gap for samples irradiated with Ar plasma at different values of the thickness of SiO 2 . 11, the degree of mixing gradually decreases as the thickness of SiO 2 increases. However, with a SiO 2 thickness of less than 500 nm, the degree of mixing remains fairly constant, with the energy gap shifting within 40–50 meV. With a SiO 2 coating thickness of more than 800 nm, no significant energy gap was observed. In the range of SiO 2 thicknesses of 500-800 nm, a significant decrease in the degree of mixing with increasing thickness was found.

Итак, мы выяснили, что процессом СКЯ в структурах МКЯ на основе InGaAs/InGaAsP, облучаемых плазмой Аr, можно управлять путем изменения толщины SiO2, осаждаемого на образец перед экспонированием. Возможность управлять степенью смешения позволяет изготавливать приборы, которые требуют распределения ширины энергетической запрещенной зоны по образцу. Управляя толщиной SiO2 в пределах пластины до обручения плазмой Аr, можно создавать такие приборы, как многочастотные лазеры, применяемые в системах МРДВ. Применяя новый метод литографии с использованием полутоновых масок, описанный в нашей совместно поданной международной заявке №PCT/GB 01/00904, можно дополнительно упростить изготовление, поскольку при этом требуется только одноэтапная обработка РИТ для переноса шаблона SiO2 переменной толщины на образцы. Альтернативно маска может состоять только из фоторезистивного шаблона переменной толщины, наложенного тем же методом нанесения полутоновой маски.So, we found out that the QW process in the QW structures based on InGaAs / InGaAsP irradiated with Ar plasma can be controlled by changing the thickness of the SiO 2 deposited on the sample before exposure. The ability to control the degree of mixing allows the manufacture of devices that require the distribution of the width of the energy gap over the sample. By controlling the thickness of SiO 2 within the wafer prior to Ar betrothal, it is possible to create devices such as multi-frequency lasers used in MRI systems. Using the new halftone mask lithography method described in our jointly filed international application No.PCT / GB 01/00904, manufacturing can be further simplified since it only requires a one-step processing of the RIT to transfer the variable thickness SiO 2 template to the samples. Alternatively, the mask may consist only of a photoresist pattern of variable thickness superimposed by the same halftone mask method.

Для исследования лазерной длины волны в материалах, подвергнутых процессу СКЯ, лазеры большой площади со световодом, сформированным путем распределения усиления, изготовили из только что выращенного образца (не прошедшего плазменную обработку и отжиг), контрольного образца (не прошедшего плазменную обработку, но подвергнутого отжигу) и образца, прошедшего смешение под действием плазмы Аr.To study the laser wavelength in materials subjected to the QW process, large-area lasers with a light guide formed by the distribution of amplification were made from a newly grown sample (which had not undergone plasma treatment and annealing), a control sample (which had not undergone plasma processing, but was annealed) and a sample subjected to mixing under the action of Ar plasma.

Образцы 6 × 6 мм2 нарезали вдоль кристаллографической оси из пластины со структурой МКЯ на основе InGaAs/InGaAsP. Эти образцы облучили плазмой Аr при мощности ВЧ 450 Вт и мощности СВЧ 800 Вт в течение 5 мин. Для стимулирования СКЯ провели этап отжига при 590°С в течение 120 с. Затем на образцы нанесли диэлектрическое покрытие из SiO2 толщиной 200 нм методом ПСХОПФ. После этого с использованием фотолитографии наметили полосковые окна шириной 50 мкм и для открытия этих окон использовали сухое и влажное травление. Чтобы минимизировать повреждение, обусловленное РИТ с использованием CF4 и O2, сначала в течение 5 мин провели сухое травление, а затем для удаления оставшихся 75 нм SiO2 провели влажное травление буферным раствором HF в течение 10 с. Полученные лазеры представляют собой лазеры со световодом, сформированным путем распределения усиления, поскольку инжектированный ток, порожденный инверсной заселенностью, и тонкий волновод действуют только в полосковых областях шириной 50 мкм. После этого осуществили металлизацию передней контактной поверхности (р-тип: Ti/Au, 50 нм/200 нм) с помощью электронно-лучевого испарителя. Затем образцы утончили до толщины около 180 мкм. Осуществили металлизацию задней контактной поверхности (Au/Ge/Au/Ni/Au, 14 нм/14 нм/14 нм/11 нм/200 нм) методом испарения и завершили изготовление отжигом образцов с использования БТО при 360°С в течение 60 секунд. Для снятия характеристик обработанные образцы скрайбировали (т.е. разметили или гравировали) на отдельные лазеры с различными длинами резонаторов. На фиг.12 приведена схема оксидного полоскового лазера 30 со смещенной энергетической запрещенной зоной.Samples of 6 × 6 mm 2 were cut along the crystallographic axis from a plate with a MQW structure based on InGaAs / InGaAsP. These samples were irradiated with Ar plasma at an RF power of 450 W and a microwave power of 800 W for 5 min. To stimulate UQW, an annealing step was carried out at 590 ° С for 120 s. Then, a 200-nm-thick SiO 2 dielectric coating was applied to the samples by the PSHOPF method. After that, using photolithography, strip windows of 50 μm wide were mapped and dry and wet etching was used to open these windows. To minimize RIT damage using CF 4 and O 2 , dry etching was first carried out for 5 min, and then wet etching was carried out for 10 s to remove the remaining 75 nm SiO 2 . The resulting lasers are lasers with a fiber formed by gain distribution, since the injected current generated by the inverse population and the thin waveguide act only in strip regions with a width of 50 μm. After this, the metallization of the front contact surface (p-type: Ti / Au, 50 nm / 200 nm) was carried out using an electron beam evaporator. Then the samples were thinned to a thickness of about 180 microns. The back contact surface was metallized (Au / Ge / Au / Ni / Au, 14 nm / 14 nm / 14 nm / 11 nm / 200 nm) by evaporation and the samples were annealed using BTO at 360 ° C for 60 seconds. To characterize the treated samples, they were scribed (i.e. marked or engraved) on individual lasers with different resonator lengths. 12 is a diagram of an oxide strip laser 30 with a biased energy band gap.

На фиг.13 показаны спектры лазера, изготовленного из только что выращенной структуры, контрольной структуры и структуры, подвергнутой смешению под действием плазмы Аr. Согласно фигуре, линии лазерной генерации для контрольного образца и только что выращенного образца имеют близкие длины волны около 1,55 мкм, а линия лазерной генерации для лазера, прошедшего смешение в плазме Аr, имеет длину волны 1,517 мкм, т.е. смещена на 38 нм.13 shows the spectra of a laser made from a just-grown structure, a control structure, and a structure subjected to mixing under the influence of Ar plasma. According to the figure, the laser lines for the control sample and the just grown sample have close wavelengths of about 1.55 μm, and the laser line for the laser that has been mixed in the Ar plasma has a wavelength of 1.517 μm, i.e. shifted by 38 nm.

Claims (16)

1. Способ изготовления фотонной интегральной схемы, содержащей сложную полупроводниковую структуру, имеющую область квантовой ямы, включающий в себя этапы облучения упомянутой структуры с помощью источника фотонного излучения для порождения дефектов, причем фотоны имеют энергию (Е), по меньшей мере равную энергии (Ес) смещения по меньшей мере одного элемента сложного полупроводника, и последующего отжига упомянутой структуры для стимулирования смешения квантовых ям.1. A method of manufacturing a photon integrated circuit containing a complex semiconductor structure having a quantum well region, comprising the steps of irradiating said structure with a photon radiation source to generate defects, the photons having an energy (E) of at least equal to energy (E s ) the displacement of at least one element of a complex semiconductor, and subsequent annealing of the above structure to stimulate the mixing of quantum wells. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что источником фотонного излучения является плазма.2. The method according to claim 1, characterized in that the source of photon radiation is plasma. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что плазму генерируют с использованием либо системы электронного циклотронного резонанса (ЭЦР), либо системы индуктивно связанной плазмы (ИСП), либо плазменного диска, возбуждаемого пучком низкоэнергетических электронов в вакууме, либо плазменных устройств мягкого рентгеновского излучения (МРИ).3. The method according to claim 2, characterized in that the plasma is generated using either an electron cyclotron resonance (ECR) system, or an inductively coupled plasma (ICP) system, or a plasma disk excited by a low-energy electron beam in vacuum, or soft x-ray plasma devices radiation (MRI). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что источник фотонного излучения выбирают из группы, состоящей из электрических газоразрядных приборов, эксимерных лазеров, синхротронных устройств, импульсных рентгеновских устройств и источников гамма-излучения.4. The method according to claim 1, characterized in that the photon radiation source is selected from the group consisting of electric gas-discharge devices, excimer lasers, synchrotron devices, pulsed x-ray devices and gamma radiation sources. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ перед этапом облучения дополнительно включает в себя этап маскирования части упомянутой структуры для управления степенью радиационного повреждения.5. The method according to claim 1, characterized in that the method before the irradiation step further includes the step of masking part of said structure to control the degree of radiation damage. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что этап маскирования выполняют с использованием маски, приспособленной для полного предотвращения смешения.6. The method according to claim 5, characterized in that the masking step is performed using a mask adapted to completely prevent mixing. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что структуру маскируют различным образом для обеспечения избирательного пространственно управляемого смешения упомянутой структуры путем управления экспонированием участков структуры заранее определенным образом.7. The method according to claim 5, characterized in that the structure is masked in various ways to provide selective spatially controlled mixing of said structure by controlling the exposure of sections of the structure in a predetermined manner. 8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что маску выбирают из группы, состоящей из двоичных масок, фазовых масок, полутоновых масок, диэлектрических или металлических масок и фоторезистивных масок.8. The method according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the mask is selected from the group consisting of binary masks, phase masks, halftone masks, dielectric or metal masks and photoresist masks. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя этап пространственного управления смешением с помощью шаблона маски переменного профиля.9. The method according to claim 1, characterized in that the method further includes the step of spatial control of the blending using a variable profile mask template. 10. Способ по п.1, отличающийся тем, что способ перед этапом облучения дополнительно включает в себя этапы формирования фоторезиста на упомянутой структуре, экспонирования областей фоторезиста различным образом с обеспечением пространственной избирательности в зависимости от необходимой степени смешения квантовых ям и последующего проявления фоторезиста.10. The method according to claim 1, characterized in that the method before the irradiation step further includes the steps of forming a photoresist on said structure, exposing the regions of the photoresist in various ways, providing spatial selectivity depending on the required degree of mixing of the quantum wells and the subsequent manifestation of the photoresist. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя этап наложения оптической маски на упомянутый фоторезист и экспонирования фоторезиста через оптическую маску, оптическое пропускание которой различно для обеспечения пространственной избирательности.11. The method according to claim 10, characterized in that the method further includes the step of applying an optical mask to said photoresist and exposing the photoresist through an optical mask, the optical transmission of which is different to provide spatial selectivity. 12. Способ по п.11, отличающийся тем, что упомянутая оптическая маска является полутоновой маской.12. The method according to claim 11, characterized in that the said optical mask is a halftone mask. 13. Способ по любому из пп.10-12, отличающийся тем, что упомянутый фоторезист формируют на маскирующем слое.13. The method according to any one of paragraphs.10-12, characterized in that the said photoresist is formed on a masking layer. 14. Способ по п.13, отличающийся тем, что упомянутый маскирующий слой является диэлектрическим.14. The method according to item 13, wherein the said masking layer is dielectric. 15. Способ по п.13, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя этап травления структуры с проявленным фоторезистом in situ для обеспечения различным образом протравленного маскирующего слоя.15. The method according to item 13, wherein the method further includes the step of etching the structure with the developed photoresist in situ to provide a differently etched mask layer. 16. Способ по п.2, отличающийся тем, что для генерирования плазмы используют систему электронного циклотронного резонанса (ЭЦР), причем мощность СВЧ системы ЭЦР составляет от 300 до 3000 Вт, более предпочтительно от 1000 до 2000 Вт, рабочая температура составляет от 25 до 500°С, более предпочтительно от 25 до 200°С, рабочее давление составляет от 0,1 до 100 мТорр, более предпочтительно от 20 до 50 мТорр, и время экспонирования составляет от 30 с до 1 ч, более предпочтительно от 4 до 14 мин.16. The method according to claim 2, characterized in that for the generation of plasma using an electronic cyclotron resonance system (ECR), and the microwave power of the ECR system is from 300 to 3000 W, more preferably from 1000 to 2000 W, the operating temperature is from 25 to 500 ° C, more preferably 25 to 200 ° C, the operating pressure is 0.1 to 100 mTorr, more preferably 20 to 50 mTorr, and the exposure time is 30 s to 1 h, more preferably 4 to 14 min .
RU2002126610/28A 2000-03-08 2001-03-02 Photon integrated circuit manufacturing process RU2240632C2 (en)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SGPCT/SG00/00038 2000-03-08
PCT/SG2000/000038 WO2001067499A1 (en) 2000-03-08 2000-03-08 Multiple bandgap photonic integration
PCT/SG2000/000039 WO2001067569A1 (en) 2000-03-08 2000-03-08 Plasma based process for photonic integration
SGPCT/SG00/00039 2000-03-08
SG200004787-8 2000-09-11
SG200004786-0 2000-09-11

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002126610A RU2002126610A (en) 2004-04-20
RU2240632C2 true RU2240632C2 (en) 2004-11-20

Family

ID=33543656

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002126612/28A RU2239258C2 (en) 2000-03-08 2001-03-02 Method for producing photon integrated circuit
RU2002126610/28A RU2240632C2 (en) 2000-03-08 2001-03-02 Photon integrated circuit manufacturing process

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002126612/28A RU2239258C2 (en) 2000-03-08 2001-03-02 Method for producing photon integrated circuit

Country Status (1)

Country Link
RU (2) RU2239258C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629891C1 (en) * 2016-04-29 2017-09-04 Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Пермские нанотехнологии" Method of creating functional elements of integrated optical schemes
RU180427U1 (en) * 2018-01-10 2018-06-13 Николай Владиславович Аржанов The resonator cover of the installation for radiation processing of products and materials

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MCLEAN C.J. et all. Quantum well intermixing with high spatial selectivity using a pulsed laser technique. Electronics Letters, IEE STEVANAGE, GB, v.31, № 15, 1995, р.1285-1286. OOI B.S. at all. Integration process for photonic integrated circuits using plasma damage induced layer intermixing. Electronics Letters, v.31, 1995, 449. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2629891C1 (en) * 2016-04-29 2017-09-04 Общество с ограниченной ответственностью "Малое инновационное предприятие "Пермские нанотехнологии" Method of creating functional elements of integrated optical schemes
RU180427U1 (en) * 2018-01-10 2018-06-13 Николай Владиславович Аржанов The resonator cover of the installation for radiation processing of products and materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2239258C2 (en) 2004-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20020004253A1 (en) Quantum well intermixing
EP1262002B1 (en) Quantum well intermixing
US6067310A (en) Semiconductor laser and method of making the same
KR101044366B1 (en) Plasma method and apparatus for processing a substrate
US20020072142A1 (en) Method for shifting the bandgap energy of a quantum well layer
RU2004106535A (en) METHOD FOR PRODUCING GAAS LASERS AND GAAS LASERS
Marsh et al. Quantum well intermixing in material systems for 1.5 μm
Djie et al. Experimental and theoretical analysis of argon plasma-enhanced quantum-well intermixing
RU2240632C2 (en) Photon integrated circuit manufacturing process
Ezaki et al. Surface modification of III-V compound semiconductors using surface electromagnetic wave etching induced by ultraviolet lasers
Kumagai et al. Exponential growth of periodic surface ripples generated in laser‐induced etching of GaAs
Djie et al. High-density plasma enhanced quantum well intermixing in InGaAs/InGaAsP structure using argon plasma
Akiyama et al. One-dimensional excitonic states and lasing in highly uniform quantum wires formed by cleaved-edge overgrowth with growth-interrupt annealing
Djie et al. Photonic integration using inductively coupled argon plasma enhanced quantum well intermixing
Djie et al. Single step quantum well intermixing with multiple band gap control for III-V compound semiconductors
Ng et al. Generation of multiple energy bandgaps using a gray mask process and quantum well intermixing
JPS62118521A (en) Formation of semiconductor film
KR100270607B1 (en) A method for obtaining the reactive species in the electron cyclotron resonance plasma
Mei et al. Low-loss waveguide fabrication using inductively coupled argon plasma enhanced quantum well intermixing in InP quantum well sample
Ong et al. Fabrication of multiple-wavelength lasers in InGaAs-InGaAsP structures using direct laser writing
JPS60236233A (en) Forming method of minute pattern by ion beam
Forchel et al. Lateral quantization effects in the Luminescence of InGaAs/InP quantum wires
Sakata et al. Narrow-stripe selective MOVPE technology for high-quality strained InGaAsP MQW structures
WO2001067569A1 (en) Plasma based process for photonic integration
Forchel et al. InP/InGaAs nanofabrication and optical characterization

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20050303