[发明专利]一种基于BCB键合工艺的混合集成激光器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。本发明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。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明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，本发明提供一种基于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：

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。

作为本发明的基于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。

作为本发明的基于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。

作为本发明的基于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硅热沉。

作为本发明的基于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。

本发明还提供一种基于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硅波导结构；

BCB覆层，覆盖于所述埋氧层及硅波导结构表面；

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。

作为本发明的基于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。

作为本发明的基于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。