本器件是光电子器件或透明波导器件，它包括生长表面（１２２、生长掩模（１３２）、光波导芯型平台（１４０）和包层（１６０）。生长掩模位于生长表面上，并限定了细长形生长窗口（１３４）。光波导芯型平台位于生长窗口中，并具有梯形截面形状。包层覆盖光波导芯型平台，并延伸到至少部分生长掩模上方。这种器件是通过提供具有生长表面（１２２）的晶片（１１０）、在第一生长温度下通过微选择区域生长在生长表面上生长光波导芯型平台（１４０）、并在低于第一生长温度的第二生长温度下用包层材料（１６０）覆盖光波导芯型平台而制造的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及通过单步MOCVD制造的掩埋式异质结构器件。
技术介绍
光电子器件被用于包括电讯、数据存储和发出信号等许多应用领域。某些类型的光电子器件(例如激光二极管、光电子调制器、半导体光放大器、半导体增益介质等)具有位于光波导中的有源区。光波导通常包括不同的结构来对光进行侧向(即平行于衬底主要表面的方向，器件是在所述衬底上制造的)和横向(即与衬底的主要表面正交)的引导。在横向上，通过有源区的半导体材料与包层(有源层夹在所述包层中)之间的折射率反差对光进行引导。在侧向上，通过脊形波导结构或掩埋式异质结构波导对光进行引导，所述掩埋式异质结构波导至少部分地限定在层结构中，部分所述层结构是由包层和有源区形成的。在电讯应用中，最常用的侧向波导结构是掩埋式异质结构。因为在有源区提供了大的折射率反差，所以掩埋式异质结构具有超过脊状波导的优点。这使得光波导可以制造得非常窄，同时在光学基模与有源区之间保持较高的空间重叠。这样可以获得如下优点激光器阈值电流较低，半导体光放大器和光增益介质中操作电流较低，电容较低，并因此提高了光电子调制器和直接调制激光器的调制速度。制造含有掩埋式异质结构侧向波导的光电子器件的通常过程图示于图1A-1C中。首先，生长出层结构10，由层结构可以制造成百或上千个光电子器件。图1A-1C是层结构10的部分侧视图，层结构10中制造了单个光电子器件。图1A示出了衬底18上生长的n型包层12、未掺杂的有源区14和p型包层16。这些层是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的，本领域也称之为有机金属气相外延(OMVPE)。层结构10的材料是III-V族半导体，通常由这些元素组成铟、镓、砷和磷。包层12和16的半导体材料具有低于有源区14的折射率。N型包层12的厚度约为2μm，而层结构10中p型包层16的厚度仅为约200nm-400nm。由一个或多个量子阱组成的量子阱结构20位于有源区14中。每个量子阱由低带隙半导体材料的量子阱层来限定，低带隙半导体材料量子阱层夹在高带隙半导体材料的阻挡层之间。图1A还示出了沉积在p型包层16表面上的掩模22。掩模的材料通常是二氧化硅。掩模22在图1A所示y方向上为细长形，通常宽约1-8μm。然后从生长室取出层结构10，并使其经过两次刻蚀处理，所述刻蚀处理在层结构中限定了如图1B所示的平台(mesa)24。起初用反应离子刻蚀(RIE)来除去未受到掩模22保护的p型包层16、有源区14和n型包层12的部分。RIE使经受刻蚀的层的边缘受到破坏。这样破坏的边缘对所制成的光电子器件的效率造成了明显削弱。因此，还要使层结构10经受湿法刻蚀，所述湿法刻蚀除去p型包层16、有源区14和n型包层12被破坏的边缘。湿法刻蚀处理还相对于平台24限定了突出状的掩模22。图1B示出了进行两种刻蚀处理之后的层结构10。然后将层结构10送回生长室，如图1C所示，通过MOCVD在层结构上外延生长出III-V族高阻半导体材料的过生长26，所述材料具有比有源区14的材料更低的折射率。过生长在衬底18的暴露表面上和平台24的侧壁上生长，但是不在掩模22上生长。因此，过生长26填充了邻近平台之间的层结构中刻蚀出的空腔。过生长的沉积一直进行到其生长表面达到p型包层16的顶面。在以磷化铟(InP)作为包层12和16的材料的层结构10的一种实施例中，过生长26的典型材料是铁掺杂的磷化铟(InP:Fe)。过生长材料的折射率比有源区14的材料折射率低约0.2。过生长材料用铁(Fe)掺杂以降低其导电性。然后从生长室取出层结构10，并使其经受另一次湿法刻蚀处理，所述处理从p型包层16的表面除去掩模22。然后将层结构10送回生长室，如图1C所示，在那里在p型包层16和过生长26的暴露表面上方生长附加的p型包层材料28。P型包层16和p型包层16上生长的这部分附加p型包层材料共同构成了p型包层30。p型包层30的厚度通常与n型包层12的厚度一样，即约2μm。在p型包层30的顶上生长p接触层(未示出)，并在衬底18的底面上和p接触层的暴露表面上沉积电极层(未示出)。然后对电极层进行图案化以限定电极。然后将层结构10进行单一化，成为一个个独立的光电子器件。尽管上述掩埋式异质结构波导具有性能优势，但是上述制造过程较复杂，难以控制。特别是，用低损害的刻蚀处理来对层结构进行刻蚀非常关键，因为刻蚀会经过有源区14中由p型材料、未掺杂材料和n型材料(未示出)所形成的p-i-n结。与所刻蚀的平台侧壁中的结构缺陷有关的载流子状态是非常不希望发生的。此外，有源区14的宽度，即有源区沿图1A所示x方向的尺寸，是通过刻蚀处理来限定的。必须对有源区的宽度进行精确的限定，因为过窄的有源区会造成增益不足或过高的阈值电流。过宽的有源区会使光电子器件工作在光学多模状态，这在许多应用中是不希望发生的。最后，平台24相对于掩模22的底切外形也必须得到精确控制，以确保过生长26提供相当平的表面以在其上生长附加的p型包层材料28。波长较长的电讯应用中所用的光电子器件最早是使用磷砷化铟镓(InGaAsP)作为量子阱层的材料。采用砷化铝铟镓(AlInGaAs)而不是InGaAsP作为量子阱层的材料提高了光电子器件的高温特性。但是，采用AlInGaAs作为量子阱层的材料使得掩埋式异质结构波导的制造困难得多。这是因为量子阱层材料中存在铝会导致湿法刻蚀期间在平台24的侧壁上形成稳定的氧化物层。与刻蚀InGaAsP时形成的稳定性较低的铟和镓的氧化物不同，氧化铝不能在过生长26的生长之前在MOCVD生长室中进行热解吸。相反，氧化铝层持续留在平台侧壁上，降低了平台与过生长26之间的界面质量。在进行刻蚀处理之后需要将晶片从刻蚀台(station)传送到生长室，这加剧了对平台24的暴露侧壁造成损害的问题。这样会将平台侧壁暴露在通常含有水蒸气和氧气的大气中。水蒸气和氧气可能造成平台侧壁上形成另外的氧化物。已经建议了多种方法来处理平台侧壁上形成稳定氧化铝的问题。例如，可以象Bertone等在Etching of InP-based MOW Structure in a MOCVDReactor by Chlorinated Compounds，195 J.CRYST.GROWTH，624(1998)中介绍的那样采用原位刻蚀。但是，这样的方法昂贵且难以实施，还可能与其他器件的制造工艺不相容。在Densely Arrayed Eight-Wavelength Semiconductor Lasers Fabricatedby Microarray Selective Epitaxy，5 IEEE J.SEL.TOP.QUANTUMELECTRON.，428(1999)中，K.Kudo等公开了一种工艺，用于采用微选择区域生长来制造掩埋式异质结构激光器阵列。这种工艺如图2A-2C所示。图2A示出了衬底68，其上生长有n型包层62。然后通过微选择区域生长，在n型包层62表面上生长光波导的芯型平台(core mesa)80，芯型平台80补充构成了光电子器件的有源区64。光波导芯型平台是在由两个细长形掩模图案84限定的细长形窗口82中生长的。光波导芯型平台具有梯形截面形状，并在所示本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种器件，包括：生长表面（１２２）；所述生长表面上的生长掩模（１３２），所述生长掩模限定了细长形生长窗口（１３４）；光波导芯型平台（１４０），所述光波导芯型平台位于所述生长窗口中并具有梯形截面形状；和包层（１ ６０），所述包层覆盖所述光波导芯型平台并在至少部分所述生长掩模上延伸。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：大卫P鲍尔，斯科特W库兹纳，
申请(专利权)人：安华高科技光纤IP新加坡私人有限公司，
类型：发明
国别省市：SG[新加坡]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。