一种量子点激光器的成型基板及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种量子点激光器的成型基板及制备方法，涉及半导体技术领域。本发明专利技术包括用作第一欧姆接触层的N型硅衬底，在所述N型硅衬底上形成的成核层，在所述成核层上形成的超晶格层，所述超晶格层用作位错过滤层，在所述位错过滤层上形成的以量子点材料为增益介质的激光器器件层，在所述激光器器件层上形成的第二欧姆接触层；其中，所述激光器器件层包括：形成于所述位错过滤层的N型掺杂波导层，形成于所述N型掺杂波导层的量子点有源区增益介质层，形成于所述量子点有源区增益介质层之上的P型掺杂波导层。所形成的量子点激光器的成型基板以成本更低的硅衬底、通过成核层和超晶格层配合降低晶格失配和热失配影响。层配合降低晶格失配和热失配影响。层配合降低晶格失配和热失配影响。

【技术实现步骤摘要】
一种量子点激光器的成型基板及制备方法


[0001]本专利技术涉及激光器半导体制备
，尤其涉及一种量子点激光器的成型基板及制备方法。

技术介绍

[0002]得益于载流子的三维量子限制效应，量子点材料展示出独特的物理特性，例如：类似原子一样的分立能级结构和delta函数的状态密度分布。量子点材料是用于制备激光器的优质材料，体现在：量子点材料的结构使得自由度的减少，电子的能量和增益变得更加集中；对于相同数量的载流子浓度，增益峰值越高，阈值电流越低；以及随着结构尺寸的缩小化，激光器实现反转分布所需的载流子数目更少。因此相比于传统的体材料和量子阱材料，半导体量子点材料制成的激光器具有阈值电流密度低、温度稳定性高以及对缺陷容忍度高等优越性能，已经成为局域网光通信系统及高速信息处理交换系统所需关键光源的有力竞争者，是当代半导体激光器领域的前言研究热点。
[0003]制备量子点激光器时，对于所采用的量子点材料和衬底之间有较高的要求，目前，主要的衬底材料包括蓝宝石、碳化硅和硅。其中蓝宝石和碳化硅衬底生长量子点材料技术相对成熟，且技术基本被国外厂商垄断。其中蓝宝石硅衬底具有晶圆尺寸大、晶体质量高、表面平整度好的特点。以硅衬底制成的激光器件，在理想状态下相比蓝宝石(蓝宝石衬底容易产生表面翘曲)衬底激光器响应均匀性更好。硅衬底相比碳化硅衬底成本耕地、衬底尺寸限制小。且受益于现有电子技术中硅基材料的发展，碳衬底相比蓝宝石衬底和碳化硅衬底具有集成性好的优势。但是，在应用硅衬底时，需要解决硅衬底与量子点之间巨大的晶格失配和热失配问题。晶格失配一般通过衬底的晶格常数与外延材料晶格常数之差与外延材料晶格常数比值来衡量。热失配一般通过衬底的热膨胀系数与外延材料的热膨胀系数之差与外延材料热膨胀系数的比值衡量。在生长过程中，巨大的晶格失配会带来很多位错，而导致热失配的热膨胀系数的差异，会在降温过程中引入应力，导致生产的外延层弯曲龟裂。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本专利技术提供一种量子点激光器的成型基板及制备方法。
[0005]第一方面，本专利技术提供一种量子点激光器的成型基板，包括：
[0006]N型硅衬底，所述N型硅衬底用作第一欧姆接触层；
[0007]在所述N型硅衬底上形成的成核层；
[0008]在所述成核层上形成的超晶格层，所述超晶格层用作位错过滤层；
[0009]在所述位错过滤层上形成的以量子点材料为增益介质的激光器器件层，其中，所述激光器器件层包括：
[0010]形成于所述位错过滤层的N型掺杂波导层，形成于所述N型掺杂波导层的量子点有源区增益介质层，形成于所述量子点有源区增益介质层之上的P型掺杂波导层；
[0011]在所述激光器器件层上形成的第二欧姆接触层。
[0012]更进一步地，形成所述成核层、超晶格层、激光器器件层和第二欧姆接触层的方式包括分子束外延生长技术。
[0013]更进一步地，使用所述分子束外延生长技术按照岛状生长的模式，在所述N型硅衬底上生长形成所述成核层，形成所述成核层使用的材料包括磷化镓。
[0014]更进一步地，使用所述分子束外延生长技术在所述成核层上生长形成所述超晶格层，形成所述超晶格层的材料采用砷化铝镓和砷化镓。
[0015]更进一步地，所述分子束外延生长技术和掺杂手段配合在所述超晶格层上形成所述N型掺杂波导层，分子束外延生长技术控制砷化镓在超晶格层上生长出砷化镓层，并在砷化镓层中通过扩散或者注入的掺杂手段掺杂硅。
[0016]更进一步地，使用所述分子束外延生长技术按照先层状再岛状生长的模式，在所述N型掺杂波导层上生长所述量子点有源区增益介质层，形成所述量子点有源区增益介质层使用的材料为量子点材料，包括但不限于砷化镓和砷化铟。
[0017]更进一步地，所述分子束外延生长技术和掺杂手段配合在所述量子点有源区增益介质层之上形成所述P型掺杂波导层，分子束外延生长技术控制砷化镓在超晶格层上生长出砷化镓层，并在砷化镓层中通过扩散或者注入的掺杂手段掺杂铍。
[0018]更进一步地，所述分子束外延生长技术和掺杂手段配合在所述激光器器件层上形成所述第二欧姆接触层，分子束外延生长技术控制砷化镓在所述激光器器件层上生长出砷化镓层，并在砷化镓层中通过扩散或者注入的掺杂手段重掺杂铍。
[0019]第二方面，本专利技术提供一种量子点激光器的成型基板制备方法，包括：
[0020]制备N型硅衬底；
[0021]使用分子束外延生长技术控制磷化镓按照岛状生长模式，在所述N型硅衬底上生长成核层；
[0022]使用分子束外延生长技术控制砷化铝镓和砷化镓所述成核层上生长形成所述超晶格层；
[0023]使用分子束外延生长技术配合掺杂手段在所述超晶格层上形成所述N型掺杂波导层；
[0024]使用分子束外延生长技术控制量子点材料按照先层状再岛状生长的模式，在所述N型掺杂波导层上生长所述量子点有源区增益介质层；
[0025]使用分子束外延生长技术配合掺杂手段在所述量子点有源区增益介质层上形成所述P型掺杂波导层；
[0026]使用分子束外延生长技术配合掺杂手段在所述激光器器件层上生长所述第二欧姆接触层。
[0027]优选地，所述N型掺杂波导层、所述P型掺杂波导层和所述第二欧姆接触层均通过分子束外延生长砷化镓层，并分别通过掺杂手段掺杂硅、铍，其中所述第二欧姆接触中重掺杂铍。
[0028]本专利技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
[0029]本专利技术在N型硅衬底和激光器器件层之间设置成核层和超晶格层以应对晶格失配和热失配。其中，所述成核层形成的岛状层次结构实现释放热失配和晶格失配产生的应力。
起到了在硅衬底和激光器器件层之间的缓冲过度作用，避免因应力引入缺陷。本专利技术中所述超晶格层用作位错过滤层，能够有效过滤生长过程中，因材料晶格不同而失配产生的穿透位错，使位错改变传播方向，邻近位错湮灭成环，降低位错密度，避免位错向上传播破坏上层的激光器器件层。本申请通过所述成核层和所述超晶格层的配合，使得硅衬底与使用量子点材料的激光器器件层之间的耦合减少来自热失配和晶格失配的影响，解决了硅衬底和量子点材料之间耦合难题。
[0030]本申请支持使用成本更低电子集成性更好的硅作为衬底制备量子点激光器的成型基板，相比采用蓝宝石衬底、碳化硅衬底成本更低，电子集成性更好，具有更强的竞争力。
附图说明
[0031]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0033]图1为本专利技术实施例提供的一种量子点激光器的成型基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种量子点激光器的成型基板，其特征在于，包括：N型硅衬底，所述N型硅衬底用作第一欧姆接触层；在所述N型硅衬底上形成的成核层；在所述成核层上形成的超晶格层，所述超晶格层用作位错过滤层；在所述位错过滤层上形成的以量子点材料为增益介质的激光器器件层，其中，所述激光器器件层包括：形成于所述位错过滤层的N型掺杂波导层，形成于所述N型掺杂波导层的量子点有源区增益介质层，形成于所述量子点有源区增益介质层之上的P型掺杂波导层；在所述激光器器件层上形成的第二欧姆接触层。2.根据权利要求1所述的量子点激光器的成型基板，其特征在于，形成所述成核层、超晶格层、激光器器件层和第二欧姆接触层的方式包括分子束外延生长技术。3.根据权利要求2所述的量子点激光器的成型基板，其特征在于，使用所述分子束外延生长技术按照岛状生长的模式，在所述N型硅衬底上生长形成所述成核层，形成所述成核层使用的材料包括磷化镓。4.根据权利要求2所述的量子点激光器的成型基板，其特征在于，使用所述分子束外延生长技术在所述成核层上生长形成所述超晶格层，形成所述超晶格层的材料采用砷化铝镓和砷化镓。5.根据权利要求2所述的量子点激光器的成型基板，其特征在于，所述分子束外延生长技术和掺杂手段配合在所述超晶格层上形成所述N型掺杂波导层：所述分子束外延生长技术控制砷化镓在超晶格层上生长出砷化镓层，并在砷化镓层中通过扩散或者注入掺杂硅。6.根据权利要求2所述的量子点激光器的成型基板，其特征在于，使用所述分子束外延生长技术按照先层状生长再岛状生长的模式，在所述N型掺杂波导层上生长所述量子点有源区增益介质层，形成所述量子点有源区增益介质层使用的材料为...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝慧明，
申请(专利权)人：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：