[发明专利]电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法

权利要求书

1.一种电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，包括：

在SOI衬底上沉积二氧化硅，在所沉积的二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；

腐蚀所述SOI衬底，在所述矩形沟槽的下方腐蚀出V形沟槽；

在所述V形沟槽和矩形沟槽中生长III-V族激光器外延结构，其从下至上依次为：N型缓冲层，下包层，量子阱有源区，上包层及P型接触层；

将所述III-V族激光器外延结构的顶部抛光，刻蚀所述III-V族激光器外延结构及其两边的二氧化硅，在沿沟槽延伸方向上形成FP腔；

沉积二氧化硅隔离层，刻蚀掉所述FP腔端面以外的二氧化硅隔离层，使二氧化硅隔离层覆盖在FP腔端面上；

制备P电极金属图形和N电极金属图形；其中，在制备所述P电极金属图形时，仅保留所述FP腔上表面的P电极金属，与P型接触层形成欧姆接触，在所述FP腔长度方向上，所述P电极金属图形的长度比所述FP腔的长度短20～60μm，且位于所述FP腔中间；在通过刻蚀形成所述FP腔时，刻蚀停止于所述N型缓冲层，所制备的N电极金属覆盖在所述N型缓冲层上，与所述N型缓冲层形成欧姆接触，所述N电极金属覆盖所述FP腔两端面上的二氧化硅隔离层，但不接触所述P型接触层，从而在III-V族材料的FP腔两端面形成“金属-二氧化硅-半导体”结构；

在FP腔上表面、P电极金属图形和二氧化硅隔离层之间的III-V族激光器外延结构上制备二阶耦合光栅，由此完成所述电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备。

2.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，利用FIB方法或利用光刻技术和ICP方法，制备所述二阶耦合光栅；利用KOH溶液腐蚀SOI衬底，在矩形沟槽的下方腐蚀出V形沟槽；采用干法刻蚀III-V族激光器外延结构及其两边的二氧化硅，在沿沟槽延伸方向上形成FP腔；溅射P电极金属，在FP腔上表面制备P电极金属图形；利用光刻技术和带胶剥离法，在N型缓冲层上制备N电极金属图形。

3.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，所选用的SOI衬底顶层硅厚度H≥500nm，所述矩形沟槽宽度W与SOI衬底顶层硅厚度H之间关系为H≤W≤2Htan35.2°，矩形沟槽深度等于所沉积的二氧化硅厚度，矩形沟槽的深宽比≥2。

4.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，所腐蚀出的V形沟槽顶部宽度大于等于矩形沟槽宽度，所述V形沟槽深度小于所述SOI衬底顶层硅厚度H。

5.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，将所述III-V族激光器外延结构顶部抛光后，粗糙度小于1nm，顶层材料为P型接触层材料。

6.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，FP腔长度在50nm～1000μm之间。

7.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，所沉积的二氧化硅隔离层厚度为100～200nm，所述二氧化硅隔离层覆盖在FP腔端面上，且覆盖在N型缓冲层和P型接触层上的长度之和小于5μm。

8.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，所述P电极金属材料为Ti/Au。

9.根据权利要求1所述的电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，其中，所述N电极金属材料为AuGeNi/Au，厚度为100～1000nm。