Si/Ge超晶格量子级联激光器及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及半导体光电子领域，具体设及一种Si/Ge超晶格量子级联激光器及其 制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着技术要求日益提高，信息处理硬件的微细加工的极限开始显现出来，束缚了 技术的日益发展。在过去的几十年发展中，微电子工艺一直按照摩尔定律进步着。进步的 最显著特点就是工艺尺寸越来越小，集成度越来越高，成本越来越低。但是，随着微电子工 艺尺寸向纳米级前进，各种物理效应带来的瓶颈也越来越明显。为了突破瓶颈，研究人员们 把目光集中在了将微电子与光电子技术相结合的领域上，运就是光电集成（OEIC)。
[000引Intel、IBM等半导体巨头的不懈努力，娃光电子技术的诸多关键器件得W在集成 电路平台上实现，包括高速娃光调制器、探测器和波导元件都得到了突破。然而由于娃是间 接带隙材料导致难W实现直接发光，故片上光源没有得到实现，运是娃光子技术一直W来 所面临的最大难题。
[0004] 娃基光通信和光电集成技术迫切要求在低造价的情况下得到高效集成激光光源。 到目前为止，娃忍片上的激光仍然依靠III-V材料生长或者键合到娃片上。运会产生稳定 性问题，并且不利于工业大批量生产和制造。在娃片上外延的III-V激光器在寿命上受到 限制，并且其制造工艺相当复杂。当键合III-V激光器到娃片上时由于在娃和III-V材料 之间失配问题而受到限制。更进一步地说，相对娃CMOS技术来说，III-V激光器的产出是 相当低的。
【发明内容】
阳0化]为解决上述问题，本发明提供了一种Si/Ge超晶格量子级联激光器及其制备方 法，既能够兼容CMOS工艺，又能够实现错光源对不同波长光的需求，且具有较高的光电转 换效率，光稳定性，加工简单、方便，为实现片上光源提供一个具体的结构和实施方案。
[0006] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
[0007] 一种Si/Ge超晶格量子级联激光器，从下往上依次包括娃衬底、Si。.sGe。.5缓冲层、 娃错超晶格和Si〇2,娃错超晶格和Si〇2,两侧分别对称沉积有侣电极。
[000引本发明还提供了上述Si/Ge超晶格量子级联激光器的制备方法，包括W下步骤：
[0009] S1、420°C溫度条件下，通过低分子束外延法在娃衬底上生长厚度为300皿的 Si〇.sGe。. 5 绘冲层；
[0010] S2、420°c溫度条件下，通过低溫分子束外延法在所得的Siu.sGeu.5缓冲层上生长厚 度为5nm的Ge材料；
[0011] S3、420°C溫度条件下，通过低溫分子束外延法在所得的Ge材料上生长厚度为5nm 的Si材料；
[0012] S4、520°C溫度条件下，通过低溫分子束外延法在所得的Si材料上生长厚度为5nm 的Ge材料；
[0013]S5、重复步骤S3和步骤S4,得到10-30层的Si/Ge;
[0014] S6、900°C溫度条件下，通过湿氧氧化在步骤S5所得的结构上生长一层大于150nm 的Si〇2;
[0015]S7、通过金属蒸发工艺在所得的Si/Ge和Si〇2两侧沉积侣电极，得Si/Ge超晶格 量子级联激光器。
[0016] 其中，所述娃错缓冲层为5nm的娃和5nm的错交互生长形成娃错超晶格结构。
[0017]其中，所述的Si。.sGe。.5缓冲层的娃错比例为1 : 1。
[0018] 其中，所述侣电极从下至上依次为铁、侣，工艺条件为，铁层厚度为20nm，生长速度 为0. 5A/s,侣层厚度为130nm，IOnm内生长速率为0. 5A/s,IOnm到130nm内生长速率为 0.70A/s。
[0019] 本发明具有W下有益效果：
[0020] 既能够兼容CMOS工艺，又能够实现错光源对不同波长光的需求，且具有较高的光 电转换效率，光稳定性，加工简单、方便，为实现片上光源提供一个具体的结构和实施方案。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明实施例中步骤Sl的加工意义图。
[0022] 图2为本发明实施例中步骤S2的加工示意图。
[0023] 图3为本发明实施例中步骤S3的加工示意图。
[0024] 图4为本发明实施例中的娃错超级晶格结构。 阳0巧]图5为本发明实施例中步骤S5的加工示意图。
[0026] 图6为本发明实施例中步骤S6的加工示意图。
[0027] 图7为本发明实施例中步骤S7的加工示意图。
【具体实施方式】
[002引为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，W下结合实施例对本发明进行进一步 详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用W解释本发明，并不用于限定本发 明。
[0029] 本发明实施例提供了一种Si/Ge超晶格量子级联激光器，从下往上依次包括娃衬 底、Si。.sGe。.5缓冲层、娃错超晶格和Si〇2,娃错超晶格和Si〇2,两侧分别对称沉积有侣电极。
[0030] 如图1-7所示，本发明实施例还提供了一种Si/Ge超晶格量子级联激光器的制备 方法，包括W下步骤：
[0031]S1、420°C溫度条件下，通过低分子束外延法在娃衬底上生长厚度为300皿的 Si。.sGe。.5缓冲层；所述娃错缓冲层为5nm的娃和5nm的错交互生长形成娃错超晶格结构，娃 错比例为1 : 1。
[0032]S2、420°C溫度条件下，通过低溫分子束外延法在所得的Siu.sGeu.5缓冲层上生长厚 度为5nm的Ge材料；
[0033]S3、520°C溫度条件下，通过低溫分子束外延法在所得的Ge材料上生长厚度为5nm 的Si材料；
[0034] S4、420°C溫度条件下，通过低溫分子束外延法在所得的Si材料上生长厚度为5nm 的Ge材料；
[0035] S5、重复步骤S3和步骤S4,得到10-30层的Si/Ge;
[0036] S6、900°C溫度条件下，通过湿氧氧化在步骤S5所得的结构上生长一层大于150nm 的Si〇2;
[0037] S7、通过金属蒸发工艺在所得的Si/Ge和Si〇2两侧沉积侣电极，得Si/Ge超晶格 量子级联激光器。所述侣电极从下至上依次为铁、侣，工艺条件为，铁层厚度为20nm，生长速 度为0.5A/s,侣层厚度为130nm，10皿内生长速率为0.5A/s, 10皿到130皿内生长速 率为0. 70A/s
[0038] W上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W作出若干改进和润饰，运些改进和润饰也应 视为本发明的保护范围。
【主权项】
1. 一种Si/Ge超晶格量子级联激光器，其特征在于，从下往上依次包括硅衬底、硅锗缓 冲层、娃错超晶格和SiO 2，娃错超晶格顶部和Si。.5〇6。.5缓冲层上沉积错电极。2. -种Si/Ge超晶格量子级联激光器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 420°C温度条件下，通过低分子束外延法在硅衬底上生长厚度为300nm的Sia5Gea5 缓冲层； 52、 420°C温度条件下，通过低温分子束外延法在所得的Si。.5Gea5缓冲层上生长厚度为 5nm的Ge材料； 53、 420°C温度条件下，通过低温分子束外延法在所得的Ge材料上生长厚度为5nm的Si 材料； 54、 520°C温度条件下，通过低温分子束外延法在所得的Si材料上生长厚度为5nm的Ge 材料； 55、 重复步骤S3和步骤S4,得到10-30层的Si/Ge ; 36、900<€温度条件下，通过湿氧氧化在步骤35所得的结构上生长一层大于150]11]1的 SiO2; S7、通过金属蒸发工艺在所得的硅锗超晶格顶部和Sia5Gea5缓冲层上沉积铝电极，得 Si/Ge超晶格量子级联激光器。3. 根据权利要求2所述的Si/Ge超晶格量子级联激光器的制备方法，其特征在于，所述 硅锗缓冲层为5nm的硅和5nm的锗交互生长形成硅锗超晶格结构。4. 根据权利要求2所述的Si/Ge超晶格量子级联激光器的制备方法，其特点在于，所述 的Sia5Ge a5缓冲层的硅锗比例为1 : 1。5. 根据权利要求2所述的Si/Ge超晶格量子级联激光器的制备方法，其特点在于，所述 铝电极从下至上依次为钛、铝，工艺条件为，钛层厚度为20nm，生长速度为0.5 A/S，铝层 厚度为130nm，IOnm内生长速率为0. 5 A/s, IOnm到130nm内生长速率为〇. 70人/s。
【专利摘要】本发明公开了一种Si/Ge超晶格量子级联激光器及其制备方法，该激光器从下往上依次包括硅衬底、Si0.5Ge0.5缓冲层、硅锗超晶格和SiO2，在硅锗超晶格顶部和Si0.5Ge0.5缓冲层上沉积铝电极，Si0.5Ge0.5缓冲层的厚度为300nm，所述Si0.5Ge0.5缓冲层为5nm的硅和5nm的锗交互生长形成硅锗超晶格结构，所述的Si0.5Ge0.5缓冲层的硅锗比例为1∶1。本发明既能够兼容CMOS工艺，又能够实现锗光源对不同波长光的需求，且具有较高的光电转换效率，光稳定性，加工简单、方便，为实现片上光源提供一个具体的结构和实施方案。
【IPC分类】H01S5/34, H01S5/30
【公开号】CN105429001
【申请号】CN201510726305
【发明人】舒斌, 吴继宝, 古牧, 范林西, 陈景明, 张鹤鸣, 宣荣喜, 胡辉勇, 宋建军, 王斌
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年10月27日