硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102957095A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102957095A(43)申请公布日2013.03.06(21)申请号201210436127.9H01S5/042(2006.01)(22)申请日2012.11.05(71)申请人中国科学院半导体研究所地址100083北京市海淀区清华东路甲35号(72)发明人袁丽君于红艳周旭亮王火雷潘教青(74)专利代理机构中科专利商标代理有限责任公司11021代理人汤保平(51)Int.Cl.H01S5/40(2006.01)H01S5/20(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书33页页附图附图44页(54)发明名称硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法(57)摘要一种硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，包括：在SOI片顶层硅层上制作取样光栅；在硅层上垂直于光栅的方向刻蚀出多个宽度相同的硅波导和两侧的硅挡墙；在所制作的两个硅挡墙远离硅波导的外侧区域蒸发金属层，硅挡墙和金属层之间为过量金属容纳区，形成SOI波导结构；在一P衬底上采用MOCVD的方法，生长III-V族半导体激光器阵列结构，该III-V族半导体激光器阵列结构中的每个激光器与每个硅波导相对应；在III-V族半导体激光器阵列结构的N面制作金属电极，并在金属电极上光刻腐蚀出光耦合窗口；在P衬底的背面制作金属电极，形成键合激光器阵列结构；将SOI波导结构和键合激光器阵列结构，采用倒扣选区金属键合的方法，键合到一起，完成多波长硅基混合激光器阵列的制备。CN102957ACN102957095A权利要求书1/1页1.一种硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，包括如下步骤：步骤1：在SOI片顶层硅层上制作具有不同取样周期的取样光栅；步骤2：在硅层上垂直于光栅的方向刻蚀出多个宽度相同的硅波导和两侧的硅挡墙；步骤3：采用金属剥离方法，在所制作的两个硅挡墙远离硅波导的外侧区域蒸发金属层，硅挡墙和金属层之间为过量金属容纳区，形成SOI波导结构；步骤4：在一P衬底上采用MOCVD的方法，生长III-V族半导体激光器阵列结构，该III-V族半导体激光器阵列结构中的每个激光器与每个硅波导相对应；步骤5：在III-V族半导体激光器阵列结构的N面制作金属电极，并在金属电极上光刻腐蚀出光耦合窗口；步骤6：在P衬底的背面制作金属电极，形成键合激光器阵列结构；步骤7：将SOI波导结构和键合激光器阵列结构，采用倒扣选区金属键合的方法，键合到一起，完成多波长硅基混合激光器阵列的制备。2.根据权利要求1所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中取样光栅的制备工艺包括在顶层硅层上均匀的涂上一层光刻胶，进行全息曝光，再于取样周期光刻板之下进行二次曝光，然后进行显影和离子刻蚀，在顶层硅层上得到取样光栅。3.根据权利要求1所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中所述硅波导的宽度为2-5μm，高度为0.4-0.8μm；两个硅波导之间的宽度为120-250μm。4.根据权利要求3所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中所述硅波导两侧的硅挡墙的宽度为2-3μm，高度为0.4-0.8μm；硅挡墙与最近的硅波导之间的距离为10-50μm，硅波导与硅挡墙的高度相同。5.根据权利要求1所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中所述过量金属容纳区的宽度为2-10μm。6.根据权利要求1所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中P衬底的材料为p型(100)InP。7.根据权利要求1所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中的III-V族激光器阵列结构为掺Fe半绝缘掩埋异质结结构，电流通道宽度为1-3μm，键合时位于硅波导中央的上方，激光器的有源区上的材料为InP，厚度为100-300nm。8.根据权利要求1所述的硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法，其中光耦合窗口的宽度等于SOI片上金属层之间的宽度。2CN102957095A说明书1/3页硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法技术领域[0001]本发明属于电子器件领域，具体涉及一种硅基取样光栅多波长混合激光器阵列的制备方法。其制作工艺简单，成本低，可靠性高。背景技术[0002]近年来，随着硅光子学各分立器件的成熟，硅基光互连逐渐成为研究的热点。硅基激光在光互连器件中难度最大，因而备受人们关注。广义的硅基光源按发光材料的不同分为硅材料体系发光的光源和其他发光材料与硅的混合光源。硅材料体系光源包括纳米硅体系光源和硅基拉曼激光，但均未能实现电泵激光。其他发光材料与硅的混合光源包括：硅基有机电致发光、硅中掺入杂质或缺陷等形成发光中心、半导体纳米线-硅异质结电致发光、硅上外延化