制造光学器件的方法以及相关的改进技术

本发明专利技术公开了一种制造光学器件（例如，半导体光电器件，如激光二极管、光调制器、光放大器、光开关等）的方法。本发明专利技术还公开了一种包括此类器件的光电集成电路（ＯＥＩＣ）和光子集成电路（ＰＩＣ）。根据本发明专利技术，提供一种制造光学器件（４０）的方法，该器件（４０）是从一包括量子阱混杂（ＱＷＩ）结构（３０）的器件基体部分（１５）制得的，该方法包括步骤：在该器件基体部分（５）上沉积介电层（５１）以前，等离子体蚀刻该器件基体部分（５）的表面的至少一部分，从而将结构缺陷至少引入该器件基体部分（５）的与该介电层（５１）邻近的部分（５３）中。该结构缺陷主要包括“点”缺陷。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制造光学器件的方法，并且虽然不限于但更加特别的涉及制造集成光学器件或光电器件，例如诸如激光二极管、光调制器、光放大器、光开关等的半导体光电器件。本专利技术还涉及包括此类器件的光电集成电路(OEIC)和光子集成电路(PIC)。
技术介绍
量子阱混杂(Quantum Well IntermixingQWI)是一种已被报道为提供了实现单片光电集成的可行路线的工艺。QWI可在III/V族半导体材料中进行，例如铝镓砷(AlGaAs)和铟镓砷磷(InGaAsP)，该半导体材料可生长于二元衬底上，例如砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)。QWI通过量子阱与相关垒层的元素的相互扩散改变了所生长结构的带隙，从而产生了其组成成分的合金。该合金具有比所生长的QW的大的带隙。因此，产生于未发生QWI的QW中的光辐射(发光)可穿过对所述光辐射实际上透明的QWI或合金混杂区。文献中已报道了各种QWI技术。例如，可通过将诸如锌的元素的高温扩散入包括QW的半导体材料来进行QWI。QWI还可通过将诸如硅的元素注入至QW半导体材料中来进行。在此技术中，注入元素在半导体材料的结构中产生点缺陷，其通过高温退火步骤穿过在QW中引入混杂的半导体材料移动。此QWI技术已在“Applications of Neutral Impurity Disordering inFabricating Low-Loss Optical Waveguides and Integrated Waveguide Devices”，Marsh et al，Optical and Quantum Electronics 23，1991，s941-s957中报道，其作为参考在里引述。此类技术的问题在于，虽然QWI将在生长后改变(增大)半导体材料的带隙，但残留的扩散或注入杂质会由于这些杂质元素的自由载流子吸收系数而引入较大的损失。无杂质空位扩散(Impurity Free Vacancy Diffusion)是又一种报道为提供混杂的QWI技术。在进行IFVD时，III/V族半导体结构的顶帽层(top caplayer)通常为砷化镓或铟镓砷(InGaAs)。在顶层上沉积氧化硅(SiO2)薄膜。接着对半导体材料进行快速热退火，使半导体合金中的成键断开，并使可被氧化硅(SiO2)接受的镓离子或原子扩散入氧化硅中，从而在帽层中留下空位。随后，空位穿过半导体结构扩散，例如在QW结构中引入层混杂。IFVD 已在“Quantitative Model for the Kinetics of CompositionalIntermixing in GaAs-AlGaAs Quantum-Confined Heterostructures”，by Helmy etal，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics，Vol 4，No 4，July/August 1998，pp 653-660中报道，其作为参考在里引述。所报道的QWI，具体地对于IFVD法，存在大量的缺点，例如镓从半导体材料向氧化硅(SiO2)薄膜扩散的温度。本专利技术至少一个方面的目的在于消除或至少减轻前述现有技术中的缺点/问题中的至少一个。本专利技术至少一个方面的目的还在于提供并改善使用改善的QWI工艺制造光学器件的方法。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供一种制造光学器件的方法，该器件是从一包括量子阱(QW)结构的器件基体部分制得的，该方法包括步骤沉积一介电层于该器件基体部分的表面的至少一部分上，从而将结构缺陷至少引入该器件基体部分的与该介电层邻近的部分。根据本专利技术的另一方面，提供一种制造光学器件的方法，该器件是从一包括量子阱(QW)结构的器件基体部分制得的，该方法包括步骤在该器件基体部分的表面的至少一部分上进行等离子体蚀刻，从而将结构缺陷至少引入该器件基体部分的与该表面层邻近的部分，接着用一介电层覆盖该蚀刻过的表面。该结构缺陷可包括点缺陷。优选并且有利地，该等离子体蚀刻和该介电层的沉积通过溅射进行。在优选实施例中，该介电层是通过使用双极溅射器的溅射沉积的。该介电层优选主要包括氧化硅(SiO2)，或可包括另一介电材料，如氧化铝(Al2O3)。优选，该溅射器包括一反应室，该反应室中可主要填充以惰性气体，如优选压强在约2微米Hg的氩气，或例如比例为90％/10％的氩气和氧气的混合物。该沉积介电层的步骤可包括部分的用于该器件的制造的量子阱混杂(QWI)工艺。该QWI工艺可包括无杂质空位扩散(IFVD)。优选，该制造方法还包括在升高的温度下将包括该介电层的器件基体部分退火的后续步骤。令人惊讶的是，通过利用溅射的、在诸如IFVD的QWI技术中采用的在介电层的沉积前蚀刻半导体表面，损伤引入的点缺陷被引入了器件基体部分与介电帽层邻近的部分中；该部分可，例如，包括顶或“帽”层。应理解在退火之前，帽层中就已经由于成键的破坏而产生了损伤，从而加速了镓和/或铟从帽层向介电层中的输运。优选该制造方法还包括前面的步骤设置一衬底；在该衬底上生长一第一光学覆层、一包括一量子阱(QW)结构的芯导层和一第二光学覆层。该第一光学覆层、芯导层和第二覆层可通过分子束外延(MBE)或金属有机物化学汽相沉积(MOCVD)生长。在第一实施例中，该方法还可包括在该器件基体部分的表面上的光致抗蚀剂层中限定出图案、进行蚀刻并随后沉积介电层和剥落光致抗蚀剂从而在所述器件基体部分的表面的至少一部分上设置介电层的步骤。在所述第一实施例中，该方法还包括在退火前，在该器件基体部分的表面上和该预蚀刻的介电层的表面上沉积另外的介电层的步骤，优选无需等离子体蚀刻过程，而采用溅射以外的技术，例如等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)。在第二实施例中，该方法可包括沉积另外的介电层，然后进行衬底蚀刻并沉积介电层的步骤。在所述第一和第二实施例中，覆盖前面蚀刻过的层的该介电层可包括一混杂帽层；该另外的介电层可包括一混杂抑制帽层。该等离子体蚀刻通常持续时间在0.5至10分钟之间，并且该覆盖介电层的厚度可在10纳米至几百个纳米之间。该退火步骤可发生于约650℃至850℃之间的温度，进行约0.5至5分钟并且在一个实施例中基本上为800℃持续约1分钟。根据本专利技术的第二方面，提供一种制造光学器件的方法，该器件是从一包括量子阱(QW)结构的器件基体部分制得的，该方法包括通过溅射在该器件基体部分的表面的至少一部分上沉积一介电层的步骤。根据本专利技术的第三方面，提供一种从根据本专利技术的第一或第二方面的方法制造的光学器件。该光学器件可以是集成光学器件或光电器件。该器件基体部分可在III/V族半导体材料体系中制得。在一个实施例中，该III/V族半导体材料体系可为砷化镓(GaAs)基体系，并且因此可工作于范围在600至1300nm内的一个或多个波长。或者，在优选实施例中，该III/V族半导体材料体系可为磷化铟基体系，并且因此可工作于范围在1200至1700nm内的一个或多个波长。该器件基体部分可至少部分地由铝镓砷(AlGaAs)、铟镓砷(InGaAs)、铟镓砷磷(InGaAsP)、铟镓铝砷(InGaAlAs)和/或铟镓铝磷(InGaAlP)制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造光学器件的方法，该器件是从一包括量子阱混杂（ＱＷＩ）结构的器件基体部分制得的，该方法包括步骤：　　　　在该器件基体部分的表面的至少一部分上进行等离子体蚀刻，从而将结构缺陷至少引入该器件基体部分与该表面邻近的部分；以及　　　　接着用一介电层覆盖该蚀刻过的表面。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：克雷格J汉密尔顿，奥利克P科沃尔斯基，约翰H马什，斯图尔特D麦克杜格尔，
申请(专利权)人：格拉斯哥大学理事会，
类型：发明
国别省市：GB[英国]