一种以GaAs-OI基为外腔反馈的底发射VCSEL激光器及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以GaAs

【技术实现步骤摘要】
一种以GaAs
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OI基为外腔反馈的底发射VCSEL激光器及制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体激光器
，具体涉及一种以GaAs
‑
OI基为外腔反馈的底发射VCSEL激光器及制备方法。

技术介绍

[0002]随着微电子产业中半导体器件特征尺寸不断变小，对传统平面器件而言，通过不断缩小器件的尺寸来提高性能的方法遇到了越来越大的困难，集成度每进一步都会遇到巨大的困难。对此，国际学术界普遍认为采用高迁移率的材料，如Ge和GaAs等III
‑
V族化合物半导体制备相关器件，得到在同样尺寸下，明显优于Si基器件的性能；此外，由于掺杂浓度较低，绝缘体上半导体(SOI)结构的薄膜全耗尽工作模式对短沟道效应具有出色的抗扰性。因此，SOI结构有望集成到未来的半导体器件中，并遵循摩尔定律维持超大规模集成的发展，且近年来，SOI技术已经发展成为制造超大规模集成电路的主流技术之一。
[0003]为了制得超大规模集成的阵列VCSEL激光器，SOI结构和GaAs材料的结合为上述想法提供了可能；现有VCSEL激光器一般采用在GaAs衬底上通过分子束外延生长其外延结构后进行光刻、刻蚀、溅射或蒸镀P、N接触等一系列工艺制得最终的器件，且设计的外腔耦合结构多在底发射VCSEL衬底下；其无法实现超大规模集成。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种以GaAs
‑
OI基为外腔反馈的底发射VCSEL激光器及制备方法。<br/>[0005]本专利技术公开了一种以GaAs
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OI基为外腔反馈的底发射VCSEL激光器，包括：GaAs
‑
OI复合晶圆；
[0006]所述GaAs
‑
OI复合晶圆包括沿上下方向依次设置的Si衬底、光模式损耗层、介质层和单晶GaAs薄膜层；
[0007]所述GaAs
‑
OI复合晶圆的单晶GaAs薄膜层上生长有底发射VCSEL外延结构，所述GaAs
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OI复合晶圆的Si衬底的下表面设有反射膜。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述GaAs
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OI复合晶圆由施主晶圆上表面结构和受主晶圆上表面结构键合而成；
[0009]所述施主晶圆上表面结构包括依次设置在施主晶圆上的过渡层、所述单晶GaAs薄膜层和第一介质层；
[0010]所述受主晶圆上表面结构包括依次设置在所述Si衬底上的所述光模式损耗层和第二介质层；
[0011]所述第一介质层和第二介质层键合形成所述介质层，自所述过渡层处分离所述单晶GaAs薄膜层和施主晶圆，使所述单晶GaAs薄膜层留在所述Si衬底上，形成所述GaAs
‑
OI复合晶圆。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述过渡层为石墨过渡层或氢离子注入层。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述第一介质层和第二介质层采用同一介质材料，所述介质材料包括SiO2、Si3N4、Al2O3和AlN中的一种。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述光模式损耗层形成在硅衬底或介质层上；
[0015]所述光模式损耗层为经过光刻工艺后形成的带沟槽、台面的结构，形成折射率差，用于将异相光模式损耗掉，输出同相光模式。。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述反射膜为半导体激光反射膜。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述单晶GaAs薄膜层、介质层、光模式损耗层、Si衬底和反射膜共同构成所述底发射VCSEL激光器的外腔反馈结构。
[0018]本专利技术还公开了一种上述发射VCSEL激光器的制备方法，包括：
[0019]制备GaAs
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OI复合晶圆，其中，所述GaAs
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OI复合晶圆包括沿上下方向依次设置的Si衬底、光模式损耗层、介质层和单晶GaAs薄膜层；
[0020]在所述GaAs
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OI复合晶圆的单晶GaAs薄膜层上生长底发射VCSEL外延结构；
[0021]在所述GaAs
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OI复合晶圆的Si衬底的下表面制备反射膜。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述制备GaAs
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OI复合晶圆，包括：
[0023]制备施主晶圆上表面结构：
[0024]在施主晶圆上制备易于受横向外力断裂的石墨过渡层；
[0025]在所述石墨过渡层上外延生长单晶GaAs薄膜层；
[0026]在所述单晶GaAs薄膜层上制备第一介质层，并对所述第一介质层研磨抛光，使其平整；
[0027]制备受主晶圆上表面结构：
[0028]在单晶Si衬底上或介质层表面制备光模式损耗层；
[0029]在所述光模式损耗层上表面继续沉积同所述第一介质层材料一致的介质层材料，形成第二介质层，并通过研磨抛光使其平整；
[0030]制备GaAs
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OI复合晶圆：
[0031]将第一介质层和第二介质层键合，使施主晶圆上表面结构、受主晶圆上表面结构结合，形成复合晶圆；
[0032]向施主晶圆施加一个横向的外部压力，使复合晶圆在石墨过渡层处横向分裂去除施主晶圆以及部分石墨过渡层；
[0033]通过腐蚀和磨抛法将所述GaAs单晶薄膜层残留的石墨过渡层研磨掉，得到所述GaAs
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OI复合晶圆。
[0034]作为本专利技术的进一步改进，所述制备GaAs
‑
OI复合晶圆，包括：
[0035]制备施主晶圆上表面结构：
[0036]在施主晶圆上外延生长单晶GaAs薄膜层；
[0037]从单晶GaAs薄膜上表面进行氢离子注入，在所述施主晶圆与单晶GaAs薄膜层的临界处形成氢离子注入层；
[0038]在所述单晶GaAs薄膜层上制备第一介质层，并对所述第一介质层研磨抛光，使其平整；
[0039]制备受主晶圆上表面结构：
[0040]在单晶Si衬底上或介质层表面制备光模式损耗层；
[0041]在所述光模式损耗层上表面继续沉积同所述第一介质层材料一致的介质层材料，形成第二介质层，并通过研磨抛光使其平整；
[0042]制备GaAs
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OI复合晶圆：
[0043]将第一介质层和第二介质层键合，使施主晶圆上表面结构、受主晶圆上表面结构结合，形成复合晶圆；
[0044]对复合晶圆进行退火，在氢离子注入层附近引起晶片的横向分裂，使复合晶圆在氢离子注入层处横向分裂去除施主晶圆以及部分氢离子注入层；
[0045]通过腐蚀和磨抛法将所述GaAs单晶薄膜层残留的氢离子注入层研磨掉，得到所述GaAs
‑
OI复合晶圆。
[0046]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0047]本专利技术将底发射VCSEL激光器的外延结构生长在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以GaAs
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OI基为外腔反馈的底发射VCSEL激光器，其特征在于，包括：GaAs
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OI复合晶圆；所述GaAs
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OI复合晶圆包括沿上下方向依次设置的Si衬底、光模式损耗层、介质层和单晶GaAs薄膜层；所述GaAs
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OI复合晶圆的单晶GaAs薄膜层上生长有底发射VCSEL外延结构，所述GaAs
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OI复合晶圆的Si衬底的下表面设有反射膜。2.如权利要求1所述的底发射VCSEL激光器，其特征在于，所述GaAs
‑
OI复合晶圆由施主晶圆上表面结构和受主晶圆上表面结构键合而成；所述施主晶圆上表面结构包括依次设置在施主晶圆上的过渡层、所述单晶GaAs薄膜层和第一介质层；所述受主晶圆上表面结构包括依次设置在所述Si衬底上的所述光模式损耗层和第二介质层；所述第一介质层和第二介质层键合形成所述介质层，自所述过渡层处分离所述单晶GaAs薄膜层和施主晶圆，使所述单晶GaAs薄膜层留在所述Si衬底上，形成所述GaAs
‑
OI复合晶圆。3.如权利要求2所述的底发射VCSEL激光器，其特征在于，所述过渡层为石墨过渡层或氢离子注入层。4.如权利要求2所述的底发射VCSEL激光器，其特征在于，所述第一介质层和第二介质层采用同一介质材料，所述介质材料包括SiO2、Si3N4、Al2O3和AlN中的一种。5.如权利要求1所述的底发射VCSEL激光器，其特征在于，所述光模式损耗层形成在硅衬底或介质层上；所述光模式损耗层为经过光刻工艺后形成的带沟槽、台面的结构，形成折射率差，用于将异相光模式损耗掉，输出同相光模式。6.如权利要求1所述的底发射VCSEL激光器，其特征在于，所述反射膜为半导体激光反射膜。7.如权利要求1所述的底发射VCSEL激光器，其特征在于，所述单晶GaAs薄膜层、介质层、光模式损耗层、Si衬底和反射膜共同构成所述底发射VCSEL激光器的外腔反馈结构。8.一种如权利要求1～7中任一项所述的发射VCSEL激光器的制备方法，其特征在于，包括：制备GaAs
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OI复合晶圆，其中，所述GaAs
‑
OI复合晶圆包括沿上下方向依次设置的Si衬底、光模式损耗层、介质层和单晶GaAs薄膜层；在所述GaA...

【专利技术属性】
技术研发人员：代京京，王智勇，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：