[发明专利]基于GeSn/SiGeSn材料的应变多量子阱激光器及其制作方法

权利要求书

1.一种基于GeSn/SiGeSn材料的应变多量子阱激光器，包括：衬底(1)、赝衬底(2)、缓冲层(3)、有源区(4)、应力薄膜(5)以及金属电极(6)；所述的赝衬底(2)、缓冲层(3)、有源区(4)在衬底(1)上依次由下至上竖直分布，且Si₃N₄应力薄膜(5)包裹在赝衬底(2)、缓冲层(3)、有源区(4)的周围；所述赝衬底(2)采用N⁺掺杂的Ⅳ族材料Ge；缓冲层(3)采用通式为Ge_1-xSn_x的IV族复合材料；有源区(4)采用通式为Ge_1-y-zSi_ySn_z和Ge_1-xSn_xIV族复合材料，在GeSn/SiGeSn界面处形成晶格匹配的I型量子阱结构；这里的量子阱个数为20；其中，x表示GeSn中Sn的组份，Sn组份的取值范围为0＜x＜0.1；y表示SiGeSn中Si的组份，z表示SiGeSn中的Sn组分，这里采用的组分为：Ge_0.695Si_0.161Sn_0.144；其特征在于，应变多量子阱激光器的制作方法，包括如下步骤：

(1)制备赝衬底：

利用低、高温两步固源分子束外延工艺，在衬底Si上生长一层几百纳米厚的Ge作为赝衬底；这里低温为350℃，高温为600℃；

(1a)磷离子注入：

在Ge赝衬底中进行磷离子注入工艺，形成N⁺掺杂的Ge赝衬底；

(2)制备GeSn缓冲层：

利用低温固源分子束外延工艺，在Si衬底(1)上的Ge赝衬底(2)上外延生成一层100nm厚的Ge_1-xSn_x材料；这里及以下步骤的低温为180℃；

(2a)磷离子注入：

在GeSn层中进行磷离子注入工艺，形成GeSn N⁺缓冲层(3)；

(3)制备有源区(4)：

(3a)利用低温固源分子束外延工艺，在GeSn N⁺缓冲层(3)上，外延生长一层200nm厚的SiGeSn；

(3b)磷离子注入：

在SiGeSn层中进行磷离子注入工艺，形成N⁺SiGeSn层；

(3c)利用低温固源分子束外延工艺，在N⁺SiGeSn层上外延生长一层7nm的GeSn作为势阱；

(3d)利用低温固源分子束外延工艺，在GeSn层上外延生长一层10nm的SiGeSn作为势垒；

(3e)进行(3c)和(3d)的工艺步骤共20次，形成20个量子阱；

(3f)利用低温固源分子束外延工艺，在多量子阱层上外延生长一层200nm厚SiGeSn；

(3g)硼离子注入：在SiGeSn层中进行硼离子注入工艺，形成P⁺SiGeSn层；

(4)有源区形成后，利用干法刻蚀工艺将除了Si衬底以外的所有材料层刻蚀成直径为5μm的圆柱形；

(5)利用湿法刻蚀工艺，刻蚀掉部分Ge赝衬底形成悬浮微盘结构；

(6)利用低温等离子体增强化学气相淀积工艺，在悬浮微盘结构外围沉积500nm厚具有残余压应变的Si₃N₄应力薄膜(5)；

(7)刻蚀沟槽：

在微盘顶部的Si₃N₄应力薄膜上和器件底部分别刻蚀沟槽；

(8)制备金属电极：

在刻蚀的沟槽中利用剥离工艺沉积形成金属电极(6)。

2.根据权利要求1所述的基于GeSn/SiGeSn材料的应变多量子阱激光器，其特征在于，步骤(1)中以GeH₄为Ge源，在350℃的环境中生长30nm厚Ge缓冲层后迅速将温度升至600℃再外延生长几百纳米Ge薄膜作为赝衬底。