本发明专利技术提供了一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，该方法包括在硅衬底上生长成核层、应变超晶格层、p区欧姆接触层、p型波导层、量子点有源区层、n型波导层和n区欧姆接触层，以及在标准工艺线上进行光刻、刻蚀、淀积隔离层、电极制备和划片解理等工艺步骤。本发明专利技术的方法利用低温生长成核层和应变超晶格层，有效提高激光器的整体材料质量，并通过引入暂停的外延生长法(EGIP)生长量子点，改善量子点的形貌质量，从而拓宽激光器器件的工作温度范围。此外，硅基量子点激光器具有广泛的应用前景，可用于数据传输、大数据处理、光电器件等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及硅基量子点激光器，具体涉及一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法。
技术介绍
1、数据中心间的数据传输量呈几何倍数日趋增长。加快数据通信，5g，传感，云计算等领域的基础设施建设是我国战略实施的新发展方向。同时对于高效，稳定，可靠光源的需求也不断增加。硅基激光器的研究也由此如火如荼，吸引了人们越来越多的关注。硅(silicon)材料长久以来，因其材料原料来源丰富，具备金刚石型的晶格结构，材料稳定可靠，是半导体领域的主流器件材料，占据超95％的市场比重。量子点(quantum dot,qd)作为一种类原子结构的三维点构造材料具备低阈值运行，优越的热稳定性，对缺陷的高容错性等优良特性，这使其成为构建硅基激光器的最重要一环，弥补了si由于自身作为间接带隙半导体而发光不足的短板。
2、相比于传统的体材料和量子阱材料，量子点材料具备三维量子限制效应(three-dimensional quantum confinement effect)，呈现δ函数的态密度，尺寸仅为数十纳米量级的特点。更重要的是，量子点对于缺陷不敏感，少数缺陷仅仅影响个别量子点的特性，不会破坏整体量子点的发光性质。而体材料和量子阱由于不具备类原子的能级结构，极易受缺陷的影响。因此si基材料的量子点激光器具备更低的阈值电流密度，更高的温度稳定性，更经济划算的功耗，更广泛的调制带宽。重要的是，硅基量子点激光器在器件集成和设备整合方面比基于三五族衬底的激光器更有竞争力，成本更低，兼容性更完美。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提出了一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，该激光器以硅材料为衬底，可与现有的硅基微纳光电子工艺体系兼容。量子点(qd)作为激光器中的有源发光介质，可以有效实现对载流子调控。生长时在硅衬底和量子点激光器层之间插入成核层和位错过滤层(dislocation filter layer,dfl)来实现结构的晶格匹配。在量子点生长过程中采用引入暂停的外延生长法(epitaxy grouth introducedpause，egip)，有效控制了量子点的形貌均匀性，形成的点群集合体可实现集中均一发光特性。最终通过器件工艺制备得到的硅基量子点激光器的工作温域更广，更可靠。
2、基于上述目的，第一方面，本专利技术提供了一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，包括以下步骤：
3、(1)在硅(si)衬底上生长成核层，应变超晶格层，所述成核层为低温生长的gap材料，所述应变超晶格层为多层algaas/gaas应变超晶格层。
4、(2)在所述应变超晶格层上生长p区欧姆接触层和p型波导层，所述p区欧姆接触层为p型重掺杂的gaas材料，所述p型波导层为p型掺杂的algaas材料。
5、(3)在所述p型波导层上生长量子点有源区层，包括生长gaas间隔层和inas量子点层。
6、(4)在所述量子点有源区层上生长n型波导层和n区欧姆接触层，所述n型波导层为n型掺杂的algaas材料，所述n区欧姆接触层为n型重掺杂的gaas材料。
7、(5)制备用于激光器工艺的光刻掩模版，用于形成n极和p极。
8、(6)在标准工艺线上进行激光器的工艺制备，包括光刻、刻蚀、淀积隔离层、电极制备和划片解理。
9、作为本专利技术的进一步方案，在硅衬底上生长成核层，应变超晶格层时，生长400℃的低温成核层，采用gap材料，生长多层algaas/gaas应变超晶格层作为位错过滤层。
10、作为本专利技术的进一步方案，生长p区欧姆接触层和p型波导层时，生长p型重掺杂gaas欧姆接触(ohmic contact)层以及普通p型掺杂的algaas波导层，掺杂源为铍(be)。
11、作为本专利技术的进一步方案，生长量子点有源区层时，交替生长gaas间隔层和inas量子点层；每层量子点层生长完毕后均暂停生长，然后再进行下一层间隔层和量子点层的生长。
12、作为本专利技术的进一步方案，生长n型波导层和n区欧姆接触层时，生长普通n型掺杂的algaas波导层以及n型重掺杂gaas欧姆接触层，掺杂源为硅(si)。
13、作为本专利技术的进一步方案，光刻包括使用光刻机根据掩模版在涂有光刻胶的生长备用的样品上形成特定图形。
14、其中，所述光刻的过程包括：
15、加载掩模，所述掩模包括限定集成电路图案的两种掩模状态，所述集成电路图案包括多个第一多边形，其中，将相邻的第一多边形分配至两种不同的掩模色调，所述两种不同的掩模色调分别由所述两种掩模状态形成；以及
16、背景，所述背景包括在两种掩模状态中的一种中的场和在所述两种掩模状态中的另一种中的多个第二多边形，其中，所述第二多边形为亚分辨率多边形，从而所述背景具有由所述两种掩模状态结合形成的第三色调；
17、通过配置照明器以在所述光刻系统的照明光瞳面上产生照明图案；
18、利用根据所述照明图案确定的过滤图案在所述光刻系统的投影光瞳面上配置光瞳滤波器；
19、以及利用所述照明器、所述掩模和所述光瞳滤波器对靶实施曝光工艺，其中，所述曝光工艺在所述掩模后面产生衍射光和非衍射光并且所述光瞳滤波器去除所述非衍射光的大部分
20、作为本专利技术的进一步方案，所述光刻掩模版用于形成的n极和p极的图形是经过设计并制备的，以实现激光器的预期性能。
21、作为本专利技术的进一步方案，刻蚀包括根据上一步光刻形成的图形将不需要的部分刻蚀掉，保留有效的部分，形成n极区和p极区。
22、作为本专利技术的进一步方案，淀积隔离层包括在刻蚀完毕的样品上采用等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)淀积sio2介质材料，形成n极和p极间的电学隔离，避免短路。
23、作为本专利技术的进一步方案，电极制备包括在n区和p区分别刻蚀掉sio2介质，暴露出对应的欧姆接触层，即开出电极窗口；在得到电极窗口的样品上淀积金属薄膜并进行快速热退火处理(rapidthermalannealing,rta)，形成n电极和p电极。
24、作为本专利技术的进一步方案，划片解理包括将样品解理划片得到多个激光器管芯。
25、与现有技术相比较而言，本专利技术提出的一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，具有以下有益效果：
26、1.材料质量提升：本专利技术采用低温生长成核层和应变超晶格层，有效改善了激光器的整体材料质量。成核层的使用可以减小位错密度，而应变超晶格层的引入可以改变位错的传播方向，降低位错密度，从而提高了硅基量子点激光器的性能和可靠性。
27、2.量子点形貌改善：通过引入暂停的外延生长法(egip)生长量子点，有助于量子点表层原子的迁移，达到能量最低位置，从而改善了量子点的形貌质量。这提高了量子点集中均一发光的能力，有助于提升激光器的性能。
28、3.工作温度范围拓宽：由于材料质量的提高和量子点的形貌改善，硅基量子点激光器的工作本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，在硅衬底上生长成核层，应变超晶格层时，生长400℃的低温成核层，采用GaP材料，生长多层AlGaAs/GaAs应变超晶格层作为位错过滤层。
3.根据权利要求2所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，生长p区欧姆接触层和p型波导层时，生长p型重掺杂GaAs欧姆接触层以及普通p型掺杂的AlGaAs波导层，掺杂源为铍。
4.根据权利要求3所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，生长量子点有源区层时，交替生长GaAs间隔层和InAs量子点层每层量子点层生长完毕后均暂停生长，然后再进行下一层间隔层和量子点层的生长。
5.根据权利要求4所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，生长n型波导层和n区欧姆接触层时，生长普通n型掺杂的AlGaAs波导层以及n型重掺杂GaAs欧姆接触层，掺杂源为硅。
6.根据权利要求1所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，在标准工艺线上进行激光器的工艺制备，包括光刻、刻蚀、淀积隔离层、电极制备和划片解理；光刻包括使用光刻机根据掩模在涂有光刻胶的生长备用的样品上形成特定图形；
7.根据权利要求6所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，刻蚀包括根据光刻形成的图形将不需要的部分刻蚀掉，保留有效的部分，形成N极区和P极区。
8.根据权利要求6所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，淀积隔离层包括在刻蚀完毕的样品上采用等离子体增强化学气相沉积法淀积SiO2介质材料，形成N极和P极间的电学隔离。
9.根据权利要求6所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，电极制备包括在N区和P区分别刻蚀掉SiO2介质，暴露出对应的欧姆接触层，即开出电极窗口；在得到电极窗口的样品上淀积金属薄膜并进行快速热退火处理，形成N电极和P电极。
10.根据权利要求6所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，划片解理包括将样品解理划片得到多个激光器管芯。
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【技术特征摘要】
1.一种温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，在硅衬底上生长成核层，应变超晶格层时，生长400℃的低温成核层，采用gap材料，生长多层algaas/gaas应变超晶格层作为位错过滤层。
3.根据权利要求2所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，生长p区欧姆接触层和p型波导层时，生长p型重掺杂gaas欧姆接触层以及普通p型掺杂的algaas波导层，掺杂源为铍。
4.根据权利要求3所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，生长量子点有源区层时，交替生长gaas间隔层和inas量子点层每层量子点层生长完毕后均暂停生长，然后再进行下一层间隔层和量子点层的生长。
5.根据权利要求4所述的温度可靠的硅基量子点激光器的制备方法，其特征在于，生长n型波导层和n区欧姆接触层时，生长普通n型掺杂的algaas波导层以及n型重掺杂gaas欧姆接触层，掺杂源为硅。
6.根据权利要求1所...
【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：
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