一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法技术

本发明专利技术具体公开了一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法，所述方法利用高质量硅上III‑V族直接外延技术和量子点技术，通过将激光器与其它主动和被动光电器件在CMOS兼容的SOI衬底上进行单片集成，充分发挥了硅基光子学的优势，从而获得包括激光器、调制器、硅波导和探测器集成的硅基量子点光发射模块，由于本发明专利技术中有源器件均使用同一种量子点外延异质结，并采用MBE设备同时生长而成，因而避免了高成本的二次外延生长。本发明专利技术通过采用选择性区域褪火与侧面光栅刻蚀技术，既保证了器件的性能又不需要引入二次外延生长，从而大大降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法
本专利技术涉及半导体衬底
，尤其涉及一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法。
技术介绍
在过去的半个多世纪里，电子集成电路为现代生活特别是信息科技行业做出了至关重要的贡献，但如今它的信号传输速度越来越难满足人们对全球互联网流量的需求。因此，如今的通讯信息行业正面临一个迫在眉睫的难题，那就是如何解决传统电互连电路传输宽带小，功耗大，信号延迟长，成本高等等一系列问题。对比于传统的电互连集成电路，依靠光传递信息的光互连具有传输快，损耗小，成本低，从而引起连人们的广泛关注与研究。其中，硅光电学被认为是最具有潜力代替传统电子集成完成信息技术革命的科技。这不仅仅是因为硅在地壳中含量极高，极大降低了成本，更是因为高纯度的硅材料可用于制造绝缘层上硅(SOI，Silicon-on-insulator)波导，其极低的光学损耗有利于超大规模光学集成。但由于硅是间接带隙半导体材料，其本身无法作为高效的发光器件。III-V族化合物材料作为直接带隙其，复合发光效率比硅高了三个数量级，因此常常用来与SOI整合为一体从本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/nS1、首先在SOI衬底预设的有源模块区域上制备出图形窗口，并在所述图形窗口区域刻蚀至硅衬底层以得到激光器、调制器和探测器的外延窗口；/nS2、通过MBE设备在外延窗口中选择性生长Ⅲ-Ⅴ族量子点外延结构层，然后对激光器和调制器的外延结构层进行选择性区域褪火处理以使激光器有源区与调制器有源区的能带隙不同；/nS3、对硅波导进行刻蚀；/nS4、对激光器、调制器和探测器的外延结构层进行脊型波导刻蚀，然后对激光器脊型波导进行侧面光栅刻蚀，并对激光器和调制器的脊型波导进行电隔离刻蚀；/nS5、将激光器、调制器和探测器的脊型...

【技术特征摘要】
1.一种基于硅基量子点光子器件单片集成的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、首先在SOI衬底预设的有源模块区域上制备出图形窗口，并在所述图形窗口区域刻蚀至硅衬底层以得到激光器、调制器和探测器的外延窗口；
S2、通过MBE设备在外延窗口中选择性生长Ⅲ-Ⅴ族量子点外延结构层，然后对激光器和调制器的外延结构层进行选择性区域褪火处理以使激光器有源区与调制器有源区的能带隙不同；
S3、对硅波导进行刻蚀；
S4、对激光器、调制器和探测器的外延结构层进行脊型波导刻蚀，然后对激光器脊型波导进行侧面光栅刻蚀，并对激光器和调制器的脊型波导进行电隔离刻蚀；
S5、将激光器、调制器和探测器的脊型波导镀上保护层和绝缘层，并对保护层和绝缘层进行图形化与顶层开窗处理，然后再进行平坦化处理；
S6、在激光器、调制器和探测器上蒸镀正电极和负电极并进行RTP处理；
S7、进行后期的减薄、切割处理。


2.如权利要求1所述的基于硅基量子点光子器件单片集成的方法，其特征在于，所述步骤S1具体实现方式包括：首先利用光刻技术在SOI衬底预设的有源模块区域上制备出图形窗口，然后通过RIE技术或ICP技术在所制备的图形窗口区域刻蚀出激光器、调制器和探测器的外延窗口以使SOI衬底中的硅衬底层暴露出来。


3.如权利要求2所述的基于硅基量子点光子器件单片集成的方法，其特征在于，所述步骤S2具体实现方式包括：
S21、首先通过MBE设备在所述外延窗口内的硅衬底层上生长一层硅外延层，然后在硅外延层上生长Ⅲ-Ⅴ族异质结构，并通过结合高温褪火技术得到Ⅲ-Ⅴ族量子点外延结构层；
S22、在调制器外延结构层表面通过PECVD和图形化刻蚀处理制备一个厚度为150-300nm的二氧化硅盖层，其制备温度为300-350℃；
S23、利用PVD在激光器外延结构层上制备一个厚度为150-300nm的二氧化钛盖层，其制备温度为30-100℃；
S24、在700-750℃条件下放置15-60s进行快速褪火，然后再放入氢氟酸中洗去二氧化硅盖层和二氧化钛盖层。


4.如权利要求3所述的基于硅基量子点光子器件单片集成的方法，其特征在于，所述Ⅲ-Ⅴ族量子点外延结构层包括从下到上依次叠加的Ⅲ-Ⅴ缓冲层、N型接触层、N型光限制层、5-7个周期高密度量子点有源区、P型光限制层和P型接触层，其中：
所述Ⅲ-Ⅴ缓冲层的厚度为1-1.5μm，其采用的是镓砷材料；
N型接触层的厚度为300-400nm，其采用的是掺硅的镓砷材料，掺硅浓度为1×1018cm-3-3×1018cm-3；
N型光限制层的厚度为1.3-1.5μm，其采用的是掺硅的铝镓砷材料，掺硅浓度为1×1018cm-3-3×1018cm-3；
5-7个周期高密度量子点...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖梦雅，
申请(专利权)人：湖南汇思光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43