光通信用硅基长波长半导体光放大芯片及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片及其制备方法。所述芯片，包括衬底及在衬底上从下而上依次生长的中间层、N

【技术实现步骤摘要】
光通信用硅基长波长半导体光放大芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]信息技术的大容量和高速率发展要求通信网络具有快速、灵活开关、重新组合、高信噪比等特点。半导体光放大器由于其体积小、功耗低、易于集成、寿命长等优点，广泛应用于光通信链路中的信号发射放大、线性中继、接收放大等，能够显著改善信号质量和信噪比。同时，半导体光放大芯片结合特殊的封装工艺，也能够实现宽可调谐激光的特性，其激光光源可以用在无人驾驶激光雷达、高速相干通信等领域。而波长超过1600nm激光光源，可以用在大气传感、甲烷探测等领域。
[0003]以硅为衬底的半导体三五族集成是下一代光电集成的关键，是光电集成系统化、小体积化、低功耗化、低成本化发展的必然趋势。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片及其制备方法，实现以硅为衬底的长波长半导体光放大芯片，可直接放大波长在1600nm以上的激光光源，可用在高速相干通信、激光雷达、气体传感等领域，另外在硅衬底上制备的光通信长波长半导体光放大芯片，在实际应用中无需额外热沉、降低使用成本，同时便于在实际光电集成中与激光器、调制器等进行进一步的集成。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片，包括衬底及在衬底上从下而上依次生长的中间层、N
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InGaAsP光场扩展层、下波导层、应变组合多量子阱、上波导层、P
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InP空间层、P
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InGaAsP过渡层、P
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InGaAs欧姆接触层；所述中间层从下往上依次为GaAs层、InP层；其中经由P
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InGaAs欧姆接触层向下腐蚀至N
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InGaAsP光场扩展层，形成倒台面脊波导结构。
[0006]在本专利技术一实施例中，所述P
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InGaAs欧姆接触层上还生长有P
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InP保护层，P
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InP保护层也进行相应的腐蚀。
[0007]在本专利技术一实施例中，所述倒台面脊波导结构外围及N
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InGaAsP扩展层表面包覆有钝化层。
[0008]在本专利技术一实施例中，所述倒台面脊波导结构的脊型顶部以及N
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InGaAsP扩展层表面钝化层设有开孔，并通过电子束蒸发Ti/Pt/Au金属，形成欧姆接触、合金。
[0009]在本专利技术一实施例中，所述衬底为硅衬底。
[0010]本专利技术还提供了一种基于上述所述的光通信用硅基长波长半导体光放大芯片的制备方法，在MOCVD腔体中通过热处理Si衬底表面，并生长N
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GaAs过渡层；接着MOCVD热处理外延片表面，使得材料表面发生质量输运过程，接着生长N
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InP过渡层，再通过MOCVD热处理片子表面并生长N
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InP缓冲层；接着生长N
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InGaAsP光场扩展层；接着生长不掺杂下SCH层，即下波导层，再生长应变补偿InGaAsP多量子阱，即应变组合多量子阱，采用厚度变化组合
量子阱来拓宽材料增益谱宽度；接着生长不掺杂上SCH层、P
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InP空间层、P
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InGaAsP过渡层、P
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InGaAs欧姆接触层；而后，PECVD沉积介质层，光刻形成弯曲型脊波导结构，采用溴溶液进行各向同性腐蚀，腐蚀深度至N
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InGaAsP光场扩展层，形成倒台面脊波导结构；采用PECVD沉积SiNO作为钝化层，并对倒台面脊波导结构的脊型顶部和N
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InGaAsP光场扩展层表面钝化层进行开孔，电子束蒸发Ti/Pt/Au金属，形成欧姆接触、合金。
[0011]在本专利技术一实施例中，所述P
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InGaAs欧姆接触层还生长有P
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InP保护层，生长介质层之前，P
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InP保护层也采用盐酸进行腐蚀。
[0012]在本专利技术一实施例中，对制备好的芯片进行解离，将对解离的bar条在蒸镀光学膜之前采用Ar离子进行轰击镀膜端面。
[0013]在本专利技术一实施例中，该方法具体实现过程为：将硅衬底片放在MOCVD腔体中，在AsH3氛围中500℃下热处理15min，生长500nm N
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GaAs掺杂3e18；接着在PH3氛围中500℃下在MOCVD腔体中热处理外延片表面20min，使得材料表面发生质量输运过程，改善材料再生长界面，生长500nm N
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InP掺杂3e18，接着500℃热处理材料表面20min，生长300nm N
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InP缓冲层掺杂1e18；接着生长2μm厚N
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InGaAsP光场扩展层，PL=1050nm，掺杂5e17；而后生长40nm不掺杂InGaAsP，PL=1100nm，生长40nm不掺杂InGaAsP，PL=1200nm作为下波导层；接着按顺序生长厚度10nm、7nm、4nm的压应变量子阱，量子阱10nm厚度的PL为1650nm，相应的7nm和4nm量子阱由于基态电子能级不同，从而组合形成拓宽的材料增益谱，势垒厚度10nm，PL波长为1200nm；接着生长40nm不掺杂InGaAsP，PL=1200nm，生长40nm不掺杂InGaAsP，PL=1100nm作为上波导层；接着生长2200nm的P
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InP，掺杂浓度从5e17梯度变化至2e18；生长50nm P
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InGaAsP过渡层，掺杂浓度5e18；生长300nm P
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InGaAs电接触层，掺杂浓度2e19；生长20nm P
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InP保护层；盐酸腐蚀P
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InP保护层，在外延片表面PECVD沉积250nm SiO2介质层，光刻形成弯曲型脊波导结构图形，BOE腐蚀波导之外介质层，接着在Br2：HBr：H2O溶液中0℃静置各向同性腐蚀形成脊型波导，腐蚀深度3.0μm，腐蚀至N
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InGaAsP光场扩展层，BOE去除脊型顶部介质层；片子表面PECVD沉积400nm SiNO作为钝化层，起到片子表面的抗水汽作用，在脊型波导顶部和N
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InGaAsP光场扩展层表面光刻开孔，接着电子束蒸发Ti/Pt/Au分别形成芯片的P/N欧姆接触，P/N型电极均位于芯片表面。
[0014]在本专利技术一实施例中，对制备好的芯片进行解离，将解离的bar条在电子束蒸发设备中在蒸镀解离腔面的高反和高透膜之前，采用Ar离子进行解离腔面的轰击，通过控制Ar离子的清洗时间和Ar离子的轰击能力，起到对解离腔面量子阱区域材料氧化层的清理作用，改善芯片的可靠性；同时离子轰击在解离腔面形成一定的粗糙度，降低腔面的光反馈增益，从而进一步抑制光谱的FP模本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片，其特征在于，包括衬底及在衬底上从下而上依次生长的中间层、N
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InGaAsP光场扩展层、下波导层、应变组合多量子阱、上波导层、P
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InP空间层、P
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InGaAsP过渡层、P
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InGaAs欧姆接触层；所述中间层从下往上依次为GaAs层、InP层；其中经由P
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InGaAs欧姆接触层向下腐蚀至N
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InGaAsP光场扩展层，形成倒台面脊波导结构。2.根据权利要求1所述的一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片，其特征在于，所述P
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InGaAs欧姆接触层上还生长有P
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InP保护层，P
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InP保护层也进行相应的腐蚀。3.根据权利要求1所述的一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片，其特征在于，所述倒台面脊波导结构外围及N
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InGaAsP扩展层表面包覆有钝化层。4.根据权利要求3所述的一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片，其特征在于，所述倒台面脊波导结构的脊型顶部以及N
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InGaAsP扩展层表面钝化层设有开孔，并通过电子束蒸发Ti/Pt/Au金属，形成欧姆接触、合金。5.根据权利要求1所述的一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片，其特征在于，所述衬底为硅衬底。6.一种基于权利要求1
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5任一所述的光通信用硅基长波长半导体光放大芯片的制备方法，其特征在于，在MOCVD腔体中通过热处理Si衬底表面，并生长N
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GaAs过渡层；接着MOCVD热处理外延片表面，使得材料表面发生质量输运过程，接着生长N
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InP过渡层，再通过MOCVD热处理片子表面并生长N
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InP缓冲层；接着生长N
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InGaAsP光场扩展层；接着生长不掺杂下SCH层，即下波导层，再生长应变补偿InGaAsP多量子阱，即应变组合多量子阱，采用厚度变化组合量子阱来拓宽材料增益谱宽度；接着生长不掺杂上SCH层、P
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InP空间层、P
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InGaAsP过渡层、P
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InGaAs欧姆接触层；而后，PECVD沉积介质层，光刻形成弯曲型脊波导结构，采用溴溶液进行各向同性腐蚀，腐蚀深度至N
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InGaAsP光场扩展层，形成倒台面脊波导结构；采用PECVD沉积SiNO作为钝化层，并对倒台面脊波导结构的脊型顶部和N
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InGaAsP光场扩展层表面钝化层进行开孔，电子束蒸发Ti/Pt/Au金属，形成欧姆接触、合金。7.根据权利要求6所述的一种光通信用硅基长波长半导体光放大芯片的制备方法，其特征在于，所述P
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InGaAs欧姆接触层还生长有P
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InP保护层，生长介质层之前，P
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InP保护...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛正群，施文贞，张敏，方瑞禹，苏辉，
申请(专利权)人：福建中科光芯光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：