一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种基于BCB（苯并环丁烯）键合工艺的混合集成激光器及其制作方法，所述混合集成激光器包括具有硅衬底、埋氧层及硅波导结构的SOI基光波导芯片、BCB覆层、具有底接触层、有源层、隧道结及顶接触层的Ⅲ-Ⅴ族激光器外延层、贯穿所述Ⅲ-Ⅴ族激光器外延层、BCB覆层及埋氧层的热沉通孔、填充于所述热沉通孔内的多晶硅热沉；结合于所述Ⅲ-Ⅴ族激光器外延层表面且具有电极通孔的氮化硅隔离层以及电极结构。本发明专利技术采用BCB键合工艺实现了SOI硅基光波导芯片与Ⅲ-Ⅴ族激光器的单片集成，并且引入多晶硅热沉结构以提高激光器的性能。本发明专利技术可作为硅基光源器件，为硅基光集成芯片提供片上光源。

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种激光器及其制作方法，特别是涉及一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器及其制作方法。
技术介绍
硅基光互连技术旨在采用CMOS技术生产开发硅光子器件，将硅基光子器件和电路集成在同一硅片上，是发展大容量、高性能并行处理计算机系统和通信设备的必然途径。将微电子技术和光子技术结合起来，开发光电混合的集成电路。在集成电路内部和芯片间引入集成光路，既能发挥光互连速度快、无干扰、密度高、功耗低等优点，又能充分利用微电 子工艺成熟、高密度集成、高成品率、成本低等特点，是最有可能代替金属互连的方案之一。单片集成方案由于集成度高，成本低，是硅基光互连的发展方向。但由于硅是间接带隙材料，难以制作发光器件，目前的单片集成硅基光互连方案大多采用键合技术将三五族外延片与SOI片键合后进行加工，制作半导体激光器。在众多结构的激光器中，微盘激光器以其面积小、易加工而被广泛关注，但由于散热性能差及谐振结构特殊，故光输出功率较低。本专利技术提出了一种新的结构设计，能有效地提高散热效率和提高光输出功率。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器及其制作方法，用于解决现有技术中的微盘激光器输出功率低、散热效率低等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤I)提供一包括娃衬底、埋氧层及娃波导结构的SOI基光波导芯片及一包括底接触层、有源层、隧道结及顶接触层的III - V族激光器外延层，于所述SOI基光波导芯片表面形成BCB覆层，并通过该BCB覆层键合所述SOI光波导芯片及所述III - V族激光器外延层；2)采用干法刻蚀工艺制作贯穿所述III - V族激光器外延层、BCB覆层及埋氧层的热沉通孔，于所述热沉通孔内淀积多晶硅热沉并采用化学机械抛光方法去掉多余的多晶硅；3)采用干法刻蚀工艺刻蚀所述III - V族激光器外延层，去除部分顶接触层、隧道结及有源层，制作微盘谐振腔；4)采用湿法刻蚀工艺刻蚀底接触层获得底接触平台；5)于上述结构表面形成隔离层，刻蚀所述隔离层，形成与所述多晶硅及顶接触层对应的第一通孔及与所述底接触层平台对应的第二通孔，最后于所述第一通孔内制作与所述多晶硅热沉及顶接触层连接的顶电极，并同时于所述第二通孔内制作与所述底接触层连接的底电极。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法的一个优选方案，所述硅波导结构为条形硅波导结构。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法的一个优选方案，所述有源层包括依次层叠的P型结、第一限制层、多量子阱以及第二限制层。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法的一个优选方案，步骤2)中采用增强型等离子气相沉积工艺及化学机械抛光工艺于所述热沉通孔内填充多晶娃热沉。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法的一个优选方案，步骤5)所述的隔离层为氮化硅层，采用增强型等离子气相沉积法形成所述氮化硅层。本专利技术还提供一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器，所述混合集成激光器至少包括 SOI基光波导芯片，包括硅衬底、结合于所述硅衬底表面的埋氧层及制作于所述埋氧层表面的娃波导结构；BCB覆层,覆盖于所述埋氧层及娃波导结构表面；III - V族激光器外延层，包括结合于所述BCB覆层表面底接触层、部分结合于所述底接触层的有源层、结合于所述有源层的隧道结及结合于所述隧道结的顶接触层；热沉通孔，贯穿所述III - V族激光器外延层、BCB覆层及埋氧层；多晶硅热沉，填充于所述热沉通孔内；隔离层，结合于所述III - V族激光器外延层表面，且具有用于制作连接所述顶接触层及多晶硅热沉的顶电极的第一通孔、以及用于制作底电极的第二通孔；电极结构，包括形成于所述第一通孔内且与所述顶接触层及多晶硅热沉相连的顶电极以及形成于所述第二通孔内且与所述底接触层相连的底电极。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的一个优选方案，所述硅波导结构为条形硅波导结构。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的一个优选方案，所述有源层包括依次层叠的第一限制层、多量子阱、第二限制层以及P型结。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的一个优选方案，所述热沉通孔为圆柱形腔体。作为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的一个优选方案,所述隔离层为氮化娃层。如上所述，本专利技术提供一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器及其制作方法，所述混合集成激光器包括具有硅衬底、埋氧层及硅波导结构的SOI基光波导芯片、BCB覆层、具有底接触层、有源层、隧道结及顶接触层的III - V族激光器外延层、贯穿所述III - V族激光器外延层、BCB覆层及埋氧层的多晶硅热沉；结合于所述III- V族激光器外延层表面且具有电极通孔的氮化硅隔离层以及电极结构。本专利技术的有益效果为I)本专利技术的混合集成激光器实现了硅基集成光路和III - V族半导体激光器的单片集成，且具有键合对准要求低，器件尺寸小的优点。2)在工艺上，采用BCB键合技术，实现了 III-V族激光器外延片和硅基波导的混合集成，且不需要对准即可实现，降低了工艺复杂性及制作成本。3)由于娃基波导、光栅I禹合器输出结构和微盘激光器谐振腔结构制作于同一基底上，本专利技术的混合集成激光器有易于封装的优点。4)在设计上引入多晶硅热沉以提高散热效率，使激光器性能得到提升。5)引入隧道结可以将P型接触变为η型接触，降低电阻，本专利技术还使顶电极与底电极一步制作，降低工艺复杂性。 附图说明图广图3显示为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法步骤1)所呈现的结构示意图。图Γ图6显示为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法步骤2)所呈现的结构示意图。图7显示为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法步骤3)所呈现的结构示意图。图8显示为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法步骤4)所呈现的结构示意图。图 Γ图11显示为本专利技术的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法步骤5)所呈现的结构示意图。图12a显示为无热沉、采用BCB介质隔离层结构的混合集成激光器截面温度分布图。图12b显示为有多晶硅热沉、采用氮化硅介质隔离层结构的混合集成激光器截面温度分布图。图13显示为具有不同的热沉(无热沉、二氧化硅热沉及多晶硅热沉)及不同的隔离层(BCB隔离层、二氧化硅隔离层及氮化硅隔离层)的混合集成激光器在典型热功率下的热阻柱状示意图。元件标号说明101硅衬底102埋氧层103硅波导结构104BCB 覆层105底接触层105 106III-V激光器外延层107底接触层平台108热沉通孔109多晶硅热沉110隔离层111第一通孔112第二通孔113顶电极114底电极具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图f图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤：1）提供一包括硅衬底、埋氧层及硅波导结构的SOI基光波导芯片及一包括底接触层、有源层、隧道结及顶接触层的Ⅲ？Ⅴ族激光器外延层，于所述SOI基光波导芯片表面形成BCB覆层，并通过该BCB覆层键合所述SOI光波导芯片及所述Ⅲ？Ⅴ族激光器外延层；2）采用干法刻蚀工艺制作贯穿所述Ⅲ？Ⅴ族激光器外延层、BCB覆层及埋氧层的热沉通孔，于所述热沉通孔内淀积多晶硅热沉并采用化学机械抛光方法去掉多余的多晶硅；3）采用干法刻蚀工艺刻蚀所述Ⅲ？Ⅴ族激光器外延层，去除部分的顶接触层、隧道结及有源层，制作微盘谐振腔；4）采用湿法刻蚀工艺刻蚀底接触层获得底接触平台；5）于上述结构表面形成隔离层，刻蚀所述隔离层，形成与所述多晶硅及顶接触层对应的第一通孔及与所述底接触层平台对应的第二通孔，最后于所述第一通孔内制作与所述多晶硅热沉及顶接触层连接的顶电极，并同时于所述第二通孔内制作与所述底接触层连接的底电极。

【技术特征摘要】
1.一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤 O提供一包括娃衬底、埋氧层及娃波导结构的SOI基光波导芯片及一包括底接触层、有源层、隧道结及顶接触层的III - V族激光器外延层，于所述SOI基光波导芯片表面形成BCB覆层，并通过该BCB覆层键合所述SOI光波导芯片及所述III - V族激光器外延层； 2)采用干法刻蚀工艺制作贯穿所述III- V族激光器外延层、BCB覆层及埋氧层的热沉通孔，于所述热沉通孔内淀积多晶硅热沉并采用化学机械抛光方法去掉多余的多晶硅； 3)采用干法刻蚀工艺刻蚀所述III- V族激光器外延层，去除部分的顶接触层、隧道结及有源层，制作微盘谐振腔； 4)采用湿法刻蚀工艺刻蚀底接触层获得底接触平台； 5)于上述结构表面形成隔离层，刻蚀所述隔离层，形成与所述多晶硅及顶接触层对应的第一通孔及与所述底接触层平台对应的第二通孔，最后于所述第一通孔内制作与所述多晶硅热沉及顶接触层连接的顶电极，并同时于所述第二通孔内制作与所述底接触层连接的底电极。2.根据权利要求I所述的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法，其特征在于所述娃波导结构为条形娃波导结构。3.根据权利要求I所述的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法，其特征在于所述有源层包括依次层叠的第一限制层、多量子阱、第二限制层以及P型结。4.根据权利要求I所述的基于BCB键合工艺的混合集成激光器的制作方法，其特征在于步骤2)中采用增强型等离子气相沉积工艺及化学机械抛光工艺于所述热沉通孔内填充多晶硅热沉。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛振，王智琪，甘甫烷，武爱民，王曦，邹世昌，
申请(专利权)人：江苏尚飞光电科技有限公司，中科院南通光电工程中心，中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：