【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于多层结构领域，包含磷化铟或砷化镓结构，该结构中含有多孔或蚀刻层，这些多孔或蚀刻层可以用于电子应用，如光子装置。
技术介绍
1、半导体激光二极管在现代社会中有许多应用。在激光二极管的世界中，已知竖直腔表面发射激光器(vcsel)在成本、可制造性、灵活性、光束质量以及潜在集成方面优于边缘发射激光器(eel)。到目前为止，大约400nm(紫色)至大约2,000nm(近红外)的波长的eel是可商购获得的。
2、只有约700nm(红色)至1μm的vcsel是可商购获得的。然而，在1,200nm至1,600nm的范围内的波长是重要的波长范围，因为这是传统上用于长途单模电信的二氧化硅光纤中使用的范围。1,550nm作为信号和能量的大气无线传输的窗口也是重要的。
3、以1,200至1,600nm(或1.2至1.6μm)发射的vcsel通常在磷化铟(inp)衬底上外延地制备。至少在过去的20年里，对长波长vcsel的追求遵循了三种方法之一，所有方法都使用在inp衬底上制备的活性(发光)区域。然而，用于形成竖直腔的方法以及具体地形成n侧反射镜的方法差异巨大。尽管市场需求巨大，但是这3种方法都没有实现主流的、大规模的生产。这三种代表性方法如下：
4、(1)在inp上的ingaas/inalas外延分布式布拉格反射器(dbr)(ortsiefer,m.等人(2005).1.55μm埋入式隧道结vcsel的2.5mw单模操作(2.5-mw single-mode operation of1.55-μm b
5、(2)与inp基活性区域晶圆融合的al(ga)as/gaas外延分布式布拉格反射器(dbr)(caliman,a.等人.(2011).在1550nm频带中发射的晶圆融合的vcsel的8mw基本模式输出(8mw fundamental mode output of wafer-fused vcsels emitting in the 1550-nmband).《光学快报(optics express)》,19(18),16996-17001.)：此方法将gaas衬底上的al(ga)as/gaas外延dbr技术与ingaas活性区域和inp上的p-n层通过晶圆融合组合。然而，此过程需要多次再生长、化学机械抛光(cmp)，同时需要精确的厚度控制，以便精确地控制腔模式和模态增益。需要两个间隔区域以进行精确、可重复和均匀的控制，这通常会引起装置产率降低。
6、(3)混合电介质后反射镜与电介质顶部反射镜组合(spiga,s.等人.(2016).单模高速1.5μm vcsel(single-mode high-speed 1.5-μm vcsels).《光波技术杂志(journalof lightwave tech)》,35(4),727-733.)：自21世纪初以来使用的另一种方法是用顶部电介质dbr反射镜夹住外延ingaas活性区域(在inp衬底上制备)，随后移除inp衬底，随后沉积混合电介质后反射镜，并且然后将该构造封装在热导金/bcb组合件中。此方法产生具有非常高的折射率对比度的反射镜，其中竖直激光模式具有非常小的穿透深度，并且可以实现用于高调制带宽的短腔和小模式体积。然而，这些全电介质vcsel不能以良好的控制或高产率容易地制造，使得单位成本非常高，其中使用单片vcsel的许多固有益处不再存在。
7、尽管有上述方法，但是在inp衬底上制造vcsel仍然非常具有挑战性。因此，迄今为止，将长波长vcsel用于国防和商业应用等的技术空间仍然基本上未解决。
8、因此，需要新型半导体结构，该半导体结构可以用作反射镜，并且可以通过简化的方法制造，并且可以用于制造具有期望波长的vcsel。
9、因此，本专利技术的目的是提供此类结构，该结构解决和克服在如vcsel等装置的制造中迄今为止已知的问题。
10、本专利技术的又另一目的是提供用于制备此类结构的新方法。
11、本专利技术的仍另外目的是提供使用所描述的结构的方法，如在vcsel中使用。
技术实现思路
1、本文描述了含有磷化铟(inp)层或砷化镓(gaas)层的多层结构，这些层在该结构内是多孔的或电抛光的。
2、在一个情况下，该多层结构的非限制性范例含有：
3、多个未掺杂或低掺杂的(参见下文)磷化铟层或砷化镓层，该磷化铟层或砷化镓层任选地存在于由磷化铟、砷化镓、蓝宝石、硅或碳化硅形成的单晶衬底上，
4、其中该多层包括存在于至少两层未掺杂或低掺杂的磷化铟或砷化镓之间的至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓，并且该n掺杂的磷酸铟或砷化镓含有由于电化学蚀刻而多孔或电抛光的至少一个区域或部分，并且
5、其中该至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓在多孔时含有在该n掺杂的磷化铟层或砷化镓层内的多个孔，该多个孔受到邻近的无孔或基本上无孔的未掺杂或低n掺杂的磷化铟层或砷化镓层的限制。
6、与本体inp或gaas相比，通过电化学蚀刻将低折射率材料(如空气)选择性结合到该多层结构的选定区域中具有降低折射率的效果。因此，可以选择性地微调多层结构内的多孔化区域的折射率。
7、与本体(非多孔)等效inp或gaas相比，通过多孔化或电抛光将空气选择性结合到通过电化学蚀刻产生的多层结构中的掺杂层的选定区域中可能影响电学性质。因此，可以选择性地微调多层结构内的多孔化区域的电学性质。
8、与本体(非多孔)等效inp或gaas相比，通过多孔化或电抛光将空气选择性结合到通过电化学蚀刻产生的多层结构中的掺杂层的选定区域中可能影响热学性质。
9、在一个非限制性实例中，一种形成多层结构的方法，该方法包含以下步骤：
10、(a)在任选的衬底层上方形成未掺杂或低掺杂的磷化铟或砷化镓的第一层；
11、(b)在该第一层之上沉积n掺杂的磷化铟或砷化镓的第二层；
12、(c)在该第二层上方沉积未掺杂或低掺杂的磷化铟或砷化镓的第三层；
13、(d)任选地重复步骤(b)和(c)以形成该n掺杂的磷化铟或砷化镓和该未掺杂或低掺杂的磷化铟或砷化镓的另外的交替层；
14、(e)在整本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多层结构，其包括：
2.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为磷化铟层，并且所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓由磷化铟制成。
3.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为砷化镓层，并且所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓由砷化镓制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层是未掺杂的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层是低n掺杂的，其n掺杂剂浓度为或低于1-50×1017cm-3。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多层结构，其中所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓具有的n掺杂剂浓度为至少约1×1019cm-3；或在约0.1至10×1019cm-3至10×1020cm-3之间的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多层结构，其中所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓在多孔时的孔隙率为至少约30％、40％、50％
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层各自的厚度独立地为约50nm至500nm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多层结构，其中所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓的厚度为约50nm至500nm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的总厚度在约600nm至约8,000nm之间或约600nm至约6,000nm之间的范围内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层由磷化铟制成；并且
12.根据权利要求11所述的多层结构，其中在所述多孔或电抛光的至少一层n掺杂的磷化铟与所述未掺杂或低掺杂的磷化铟层之间的折射率对比度(Δn)在约0.5至约2的范围内。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层由砷化镓制成；并且
14.根据权利要求11所述的多层结构，其中在所述多孔或电抛光的至少一层n掺杂的砷化镓与所述未掺杂或低掺杂的砷化镓层之间的折射率对比度(Δn)在约0.5至约2的范围内。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的载流子(电子)浓度至少高于约5×1018cm-3，并且电迁移率为至少约50cm2/V s、60cm2/V s、70cm2/V s、80cm2/V s、90cm2/V s或95cm2/V s。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的热导率在约1W/m K至25W/m K之间、2W/m K至20W/m K之间、2W/m K至15W/m K之间或2W/m K至10W/m·K之间的范围内。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的热导率为至少约1W/m·K、2W/m·K、3W/m·K、4W/m·K、5W/m·K、6W/m·K、7W/m·K、8W/m·K、9W/m·K、10W/m·K、11W/m·K、12W/m·K、13W/m·K、14W/m·K、15W/m·K、20W/m·K、30W/m·K、40W/m·K或50W/m·K。
18.一种制造根据权利要求1至17中任一项所述的多层结构的方法，所述方法包括以下步骤：
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层、所述n掺杂的磷化铟层或砷化镓层通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延地或同质外延地生长。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，其中所述封盖层由二氧化硅、氮化硅(SiNx)、氧化铪(HfO2)或光刻胶材料制成。
21.根据权利要求18所述的方法，其中存在的未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为磷化铟层，并且所述存在的n掺杂的磷化铟层或砷化镓层由磷化铟制成。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述存在的未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为砷化镓层，并且所述存在的n掺杂的磷化铟层或砷化镓层由砷化镓制成。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中所述存在的未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层是未掺杂的。
24.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，其中所述存在的未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层是低n掺杂的，其n掺杂剂浓度为或低...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种多层结构，其包括：
2.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为磷化铟层，并且所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓由磷化铟制成。
3.根据权利要求1所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为砷化镓层，并且所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓由砷化镓制成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层是未掺杂的。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层是低n掺杂的，其n掺杂剂浓度为或低于1-50×1017cm-3。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多层结构，其中所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓具有的n掺杂剂浓度为至少约1×1019cm-3；或在约0.1至10×1019cm-3至10×1020cm-3之间的范围内。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的多层结构，其中所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓在多孔时的孔隙率为至少约30％、40％、50％、60％、70％、80％或90％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层各自的厚度独立地为约50nm至500nm。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多层结构，其中所述至少一层n掺杂的磷化铟或砷化镓的厚度为约50nm至500nm。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的总厚度在约600nm至约8,000nm之间或约600nm至约6,000nm之间的范围内。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层由磷化铟制成；并且
12.根据权利要求11所述的多层结构，其中在所述多孔或电抛光的至少一层n掺杂的磷化铟与所述未掺杂或低掺杂的磷化铟层之间的折射率对比度(δn)在约0.5至约2的范围内。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的多层结构，其中所述多个未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层由砷化镓制成；并且
14.根据权利要求11所述的多层结构，其中在所述多孔或电抛光的至少一层n掺杂的砷化镓与所述未掺杂或低掺杂的砷化镓层之间的折射率对比度(δn)在约0.5至约2的范围内。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的载流子(电子)浓度至少高于约5×1018cm-3，并且电迁移率为至少约50cm2/v s、60cm2/v s、70cm2/v s、80cm2/v s、90cm2/v s或95cm2/v s。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的热导率在约1w/m k至25w/m k之间、2w/m k至20w/m k之间、2w/m k至15w/m k之间或2w/m k至10w/m·k之间的范围内。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的多层结构，其中所述多层结构的热导率为至少约1w/m·k、2w/m·k、3w/m·k、4w/m·k、5w/m·k、6w/m·k、7w/m·k、8w/m·k、9w/m·k、10w/m·k、11w/m·k、12w/m·k、13w/m·k、14w/m·k、15w/m·k、20w/m·k、30w/m·k、40w/m·k或50w/m·k。
18.一种制造根据权利要求1至17中任一项所述的多层结构的方法，所述方法包括以下步骤：
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层、所述n掺杂的磷化铟层或砷化镓层通过金属有机化学气相沉积(mocvd)外延地或同质外延地生长。
20.根据权利要求18至19中任一项所述的方法，其中所述封盖层由二氧化硅、氮化硅(sinx)、氧化铪(hfo2)或光刻胶材料制成。
21.根据权利要求18所述的方法，其中存在的未掺杂或低掺杂的磷化铟层或砷化镓层为磷化铟层，并且所述存在的n掺杂的磷化铟层或砷化...
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