一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法技术

本发明专利技术公开了一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，所述方法包括：在硅衬底上外延生长缓冲层之后，利用氮化硅或二氧化硅介质薄膜作为掩膜，用来定义后续外延生长的VCSEL的尺寸和形状，以及缓解大面积薄膜外延时由热膨胀系数失配导致的薄膜开裂和晶圆翘曲，从而制造出器件尺寸较小的VCSEL阵列，减小单个VCSEL中位错缺陷的数量或避开位错缺陷的影响，并通过进一步优化VCSEL的尺寸和阵列排布方式，以提高阵列器件的完好率，最终提高硅衬底上外延生长的VCSEL的性能和可靠性。衬底上外延生长的VCSEL的性能和可靠性。衬底上外延生长的VCSEL的性能和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法


[0001]本专利技术涉及集成光电子器件和半导体材料
，更具体地，涉及一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL)具有结构紧凑、大的直接调制带宽、容易制成阵列、容易与光纤耦合等特点，在短距离光通信中有重要应用。在当今的大数据时代，数据中心内部需要传输海量数据，以VCSEL为核心的光发射模块或线缆在数据中心中获得了广泛的应用。近些年来，VCSEL的应用进一步扩展到人脸识别、3D传感、自动驾驶等领域，其应用市场迅速扩大。VCSEL的另一个重要的潜在应用是与硅芯片集成起来，一方面与硅基控制模块集成，以实现集成的传感或通信芯片；另一方面是与硅光芯片集成，将VCSEL作为硅光芯片的光源。但由于短波长(发射波长1000nm以下)的VCSEL多数都是在砷化镓衬底上外延生长的，将其与硅基控制电路或硅光芯片直接集成存在几个尚未完全解决的科学和技术难题：
[0003]在硅上直接外延生长砷化镓基VCSEL非常困难。硅与砷化镓的材料性质不同，存在晶格、极性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：用化学气相沉积法在硅(001)晶圆上外延生长一层锗缓冲层；S2：利用金属有机物化学气相沉积或分子束外延设备或其他的三五族半导体外延生长设备，在所述锗缓冲层上外延生长一层掺杂的砷化镓缓冲层，用作VCSEL的下电极；S3：利用化学气相沉积法在砷化镓缓冲层上沉积一层二氧化硅或氮化硅薄膜；S4：利用曝光和刻蚀方法，在所述二氧化硅或氮化硅薄膜中制作VCSEL外延生长的掩膜图案；S5：利用金属有机物化学气相沉积或分子束外延设备或其他的三五族半导体外延生长设备，在掩膜图案上外延生长VCSEL的整体外延结构；S6：在生长出的VCSEL的整体外延结构上利用通常的VCSEL制作工艺完成VCSEL的制作。2.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述锗缓冲层不超过1微米。3.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述掩膜图案的开口尺寸与VCSEL相同，掩膜的开口中暴露出来砷化镓缓冲层表面。4.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵列的方法，其特征在于，所述的硅(001)晶圆应具有一定的晶向斜切角度，使其表面具有双原子台阶；或经过表面热处理后可以形成双原子台阶，并将双原子台阶特征继续传递到锗缓冲层的表面，进而能够在外延生长砷化镓缓冲层时抑制反相畴的形成。5.根据权利要求1所述的一种在硅上制作垂直腔面发射激光器阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰，施裕庚，陈哲茜，余思远，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：