【技术实现步骤摘要】
本申请涉及光电子器件，尤其涉及一种单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器及其制备方法。
技术介绍
1、硅基光电子集成(opto-electronic integrated circuit，oeic)技术在光通信、生物传感、量子计算和光计算等领域已经展示出了巨大的应用价值和市场潜力。硅基oeic技术是在微电子技术的基础上，采用现有的互补金属氧化物(complementary metal oxidesemiconductor，cmos)工艺开发硅光器件，以光子作为信息传输的载体，将微电子技术和光电子技术结合起来，既能发挥微电子的先进成熟工艺、高密度集成和价格低廉的优势，又能发挥光子的高传输速率、高抗干扰性和低功耗的优势。一个完整的硅基oeic芯片系统需要在cmos回路中集成激光器、光调制器、光开关、光滤波器、光波导和光探测器等组件。由于硅是间接带隙材料，其发光效率很低，硅上高效激光器成为阻碍硅基光电融合的主要技术难题之一。
2、硅基键合激光器已经得到商用，但该类激光器难以满足大规模集成的需求。利用高深宽比限制(aspect ratio trapping，art)技术在硅上小尺寸选区外延iii-v族直接带隙半导体材料的方法，可以在晶圆的任意指定位置上制备iii-v族亚微米线激光器，极有利于促进硅基oeic芯片的大规模高密度集成。硅是金刚石结构，不易像磷化铟(inp)等闪锌矿结构一样通过切片操作来获得自然解理面，且解理法不利于硅基iii-v族亚微米线激光器发挥自身易于超大规模集成的优势，因此需要研发无需切割晶圆便可获得硅基ii
技术实现思路
1、针对上述现有技术的不足，本申请提供了一种单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器及其制备方法，其目的在于解决或缓解现有制备硅基iii-v族亚微米线激光器的过程中利用fib工艺刻蚀光栅所存在的操作复杂、耗时长且价格昂贵的问题。
2、为实现上述目的，本申请提供了如下技术方案：
3、第一方面，本申请提供了一种单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器，包括：
4、掺杂硅层；
5、设置于所述掺杂硅层表面的硅氧化层；
6、设置于所述掺杂硅层和所述硅氧化层内的沟槽；所述沟槽分为相互连通的选区沟槽和v形沟槽，所述选区沟槽贯穿于所述硅氧化层，所述选区沟槽侧面设置有折射率微扰结构，所述v形沟槽设置于所述掺杂硅层中，由两个si{111}面构成，且所述v形沟槽在与所述选区沟槽接触面的宽度不低于所述选区沟槽的宽度；
7、设置于所述沟槽内部的iii-v族亚微米线外延结构；所述iii-v族亚微米线外延结构与所述折射率微扰结构共同组成光栅结构；
8、设置于所述掺杂硅层表面的第一电极；所述第一电极与所述掺杂硅层形成欧姆接触；
9、设置于所述硅氧化层和所述iii-v族亚微米线外延结构表面的第二电极，所述第二电极与所述iii-v族亚微米线外延结构形成欧姆接触。
10、进一步地，所述掺杂硅层为硅衬底或soi衬底的顶层硅层或soi衬底的底层硅层。
11、进一步地，所述硅氧化层为二氧化硅(sio2)。
12、进一步地，所述iii-v族亚微米线外延结构按远离所述掺杂硅层的方向至少包括掺杂缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层、掺杂接触层，其中，所述多量子阱有源区位于所述选型沟槽的区域内。
13、第二方面，本申请提供了一种单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器的制备方法，包括以下步骤：
14、选择硅衬底、soi衬底的顶层硅层、soi衬底的底层硅层作为掺杂硅层；
15、制备二氧化硅层，形成硅氧化层；
16、在所述硅氧化层制备带反射率微扰结构的选区沟槽，所述选区沟槽贯穿于所述硅氧化层；
17、在所述掺杂硅层中制备v形沟槽；所述v形沟槽与选区沟槽连通形成整体性的沟槽；
18、在所述沟槽沿远离v形沟槽的方向至少依次生长掺杂缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层和掺杂接触层，形成iii-v族亚微米线外延结构；
19、在所述掺杂硅层表面制备与所述掺杂硅层形成欧姆接触的第一电极，在所述硅氧化层和iii-v族亚微米线外延结构的表面制备与所述掺杂接触层形成欧姆接触的第二电极。
20、进一步地，当所述掺杂硅层为soi衬底的底层硅层时，所述制备方法还包括在制备选区沟槽前去除soi衬底的顶层硅层的步骤。
21、本申请提供了一种单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器及其制备方法，与现有技术相比，至少具备以下有益效果：
22、(1)在本申请提供的单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器中，光栅结构是在刻蚀带折射率微扰结构的选区沟槽和生长iii-v族亚微米线外延结构的过程中自动形成的，无需额外的光栅制备工艺，缩减了工艺步骤，大幅度降低了激光器的制造成本。
23、(2)与利用fib工艺刻蚀dbr光栅相比，本申请提供的光栅制备方法，不会对iii-v族亚微米线外延结构造成物理性损伤，且有利于单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器的批量生产。
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1.一种单纵模硅基III-V族亚微米线激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的单纵模硅基III-V族亚微米线激光器，其特征在于，所述选区沟槽宽度最窄处取值范围为500～1000nm，宽度最宽处比最窄处大20～500nm，选区沟槽长度在10～500μm之间，选区沟槽深度与选区沟槽宽度最窄处的比值大于1。
3.根据权利要求1所述的单纵模硅基III-V族亚微米线激光器，其特征在于，所述III-V族亚微米线外延结构按远离所述掺杂硅层的方向至少包括：掺杂缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层、掺杂接触层；其中，所述掺杂缓冲层的掺杂类型与所述掺杂硅层中的掺杂类型相同，与所述掺杂接触层中的掺杂类型相反，所述掺杂接触层与所述第二电极形成欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的单纵模硅基III-V族亚微米线激光器，其特征在于，所述多量子阱有源区位于所述选区沟槽区域内。
5.根据权利要求1所述的单纵模硅基III-V族亚微米线激光器，其特征在于，所述掺杂硅层为硅衬底或SOI衬底的顶层硅层。
6.根据权利要求1所述的单纵模硅基III-V
7.根据权利要求1所述的单纵模硅基III-V族亚微米线激光器，其特征在于，所述光栅结构为分布反馈光栅或部分光栅结构。
8.一种单纵模硅基III-V族亚微米线激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，当掺杂硅层为SOI衬底的底层硅层时，所述制备方法还包括在制备选区沟槽前去除SOI衬底的顶层硅层的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器，其特征在于，所述选区沟槽宽度最窄处取值范围为500～1000nm，宽度最宽处比最窄处大20～500nm，选区沟槽长度在10～500μm之间，选区沟槽深度与选区沟槽宽度最窄处的比值大于1。
3.根据权利要求1所述的单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器，其特征在于，所述iii-v族亚微米线外延结构按远离所述掺杂硅层的方向至少包括：掺杂缓冲层、下包层、多量子阱有源区、上包层、掺杂接触层；其中，所述掺杂缓冲层的掺杂类型与所述掺杂硅层中的掺杂类型相同，与所述掺杂接触层中的掺杂类型相反，所述掺杂接触层与所述第二电极形成欧姆接触。
4.根据权利要求3所述的单纵模硅基iii-v族亚微米线激光器，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：李亚节，章磊，蔡笑风，汤立刚，徐延，余盛海，
申请(专利权)人：湖北理工学院，
类型：发明
国别省市：
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