[发明专利]GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器及制备方法

权利要求书

1.一种GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器，其特征在于：由底金属电极（1）、导电碳化硅单晶衬底（2）、GaN缓冲层（3）、SiO₂掩模层（4）、n-Si掺杂的AlGaN下包层（5）、GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波导芯层（6）、n-Si掺杂的AlGaN上包层（7）和金属上电极（8）构成；其中，在SiO₂掩模层（4）上有沿GaN缓冲层（3）的方向或方向的宽度为2~10μm的条形波导窗口，AlGaN下包层（5）、GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波导芯层（6）、AlGaN上包层（7）依次制备在该条形波导窗口中露出的GaN缓冲层（3）上，从而形成侧面为结晶平面的脊形条波导结构。

2.如权利要求1所述的一种GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器，其特征在于：AlGaN下包层（5）和AlGaN上包层（7）的n-Si掺杂浓度为5×10¹⁸~8×10¹⁹cm^-3。

3.如权利要求1所述的一种GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器，其特征在于：GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波导芯层（6）中的耦合量子阱为双耦合量子阱或多耦合量子阱。

4.如权利要求3所述的一种GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器，其特征在于：双耦合量子阱周期超晶格的一个周期是由AlN隔离层（61）、GaN宽量子阱层（62）、AlN耦合势垒层（63）和GaN窄量子阱层（64）构成。

5.如权利要求1~4任何一项所述的一种GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器，其特征在于：底金属电极（1）和金属上电极（8）是厚度为200～1000nm的Ti/Al/Ti/Au金属膜层，GaN缓冲层（3）的厚度为1~2μm；条形波导窗口的宽度为2~10μm；SiO₂掩模层（4）的厚度为100~400nm；n-Si掺杂的AlGaN下包层（5）的厚度为300~800nm；n-Si掺杂的AlGaN上包层（7）的厚度为50~500nm。

6.权利要求5所述的一种GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器的制备方法，其步骤如下：

1)在导电碳化硅单晶衬底（2）上采用MOVPE两步生长法生长GaN缓冲层（3）：以TMGa和NH₃为源，先将硅单晶衬底（2）在氢气流下加热到1000~1100℃进行表面高温处理，然后降温到450~600℃生长GaN成核层，其厚度为10～120nm；然后再升温到1000～1050℃，在GaN成核层上生长1~2μm厚的GaN缓冲层（3）；

2)采用射频溅射技术在GaN缓冲层（3）表面生长100~400nm的SiO₂膜层，然后沿GaN缓冲层（3）的方向或方向，采用光刻腐蚀工艺在GaN缓冲层（3）上形成具有条形波导窗口的SiO₂掩模层（4），条形波导窗口的宽度为2~10μm，且在条形波导窗口中露出GaN缓冲层（3）；

3)采用MOVPE技术在条形波导窗口中露出的GaN缓冲层（3）上生长厚度为300~800nm、n-Si掺杂浓度为5×10¹⁸~8×10¹⁹cm^-3、沿方向或方向的AlGaN下包层（5）；

4)采用MOVPE技术继续在AlGaN下包层（5）上生长10~50个周期的GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波导芯层（6）；

5)然后采用MOVPE技术在GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波导芯层（6）上生长AlGaN上包层（7），厚度为50~500nm、n-Si掺杂浓度为5×10¹⁸~8×10¹⁹cm^-3；在SiO₂掩模层（4）的限制作用下，AlGaN下包层（5）、GaN/AlN耦合量子阱周期超晶格波导芯层（6）、AlGaN上包层（7）形成侧面为结晶平面的脊形条波导结构；

6)采用光刻剥离技术在AlGaN上包层（7）上依次蒸镀Ti/Al/Ti/Au金属膜层，作为电光调制器的金属上电极（8），金属上电极（8）的宽度与AlGaN上包层（7）上表面的宽度相同；

7)对导电碳化硅单晶衬底（2）的背面进行研磨减薄抛光，然后依次蒸镀总厚度为200～1000nm的Ti/Al/Ti/Au金属膜层，作为电光调制器的金属下电极（1）；

8)对脊形波导输入、输出端面进行切割抛光，从而完成GaN/AlN耦合量子阱子带间跃迁条形波导电光调制器的制备。