[发明专利]电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法

说明书

本公开提供了一种电注入硅基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，在二氧化硅上刻蚀出周期性的矩形沟槽；腐蚀SOI衬底，在矩形沟槽的下方腐蚀出V形沟槽；在V形沟槽和矩形沟槽中生长III‑V族激光器外延结构并将顶部抛光；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；沉积二氧化硅隔离层，刻蚀掉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；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。本公开电注入硅基III‑V族纳米激光器阵列的制备方法，工艺简单，易于实现，制造成本低。

技术领域

本公开涉及光电子技术领域，特别涉及一种电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法。

背景技术

信息技术是社会发展的主要驱动力之一，在其发展进程中，现代集成电路技术一直保持着超高速度的发展，硅基晶体管的高度集成是现代集成电路技术的基础与核心。为了满足信息时代对数据的计算与处理的更高要求，集成电路按照摩尔定律，通过不断缩小器件特征尺寸，以提高器件的性能，并实现更大规模的集成。随着集成电路技术发展到10纳米技术节点以下，硅集成电路技术在速度、功耗、集成度、可靠性等方面受到一系列基本物理问题和工艺技术的限制，微电子产业能否再依照“摩尔定律”前进则面临挑战。

然而，处于信息大爆炸时代的我们，对信息的传输、处理和存储能力的要求日益增高，为了突破电互连瓶颈，人们开始将目光转向光电子领域，即采用光子作为信号传输的载体。

为了满足高性能计算机高速发展的技术需求，片上光互连技术已经成为急待解决的关键性技术。为此，将微电子和光电子结合起来，既能充分发挥硅基微电子先进成熟的工艺技术、高密度集成及价格低廉的优势，又能充分发挥光子极高带宽、超快传输速率和高抗干扰性的优点。

硅基的光波导、光开关、光调制器和光探测器等基本光学器件已经发展比较成熟。2015年，美国加州大学伯克利分校、麻省理工学院和科罗拉多大学合作研究证明了在同一个硅基芯片内通信采用光互联技术的可行性。在该实验中，所有电子和光学器件都被制造在同一个硅基芯片内，但其最重要的部分“光源”却是外置的固体激光器。由于硅材料本身是间接带隙半导体，其辐射复合发光效率极低，以及硅中存在的俄歇复合和自由载流子吸收效应严重阻碍了光放大，因此，在硅基集成光子研究中，最大的难题是在硅衬底上集成实用化的光源器件。

近年来，硅基上异质集成III-V材料的方法逐渐受到科研人员的青睐，这将会进一步推进硅基光互联的快速发展。目前，利用高深宽比限制技术，在V形硅沟槽内生长的III-V族纳米材料，已能实现光致激光激射；但是，由于器件尺寸小，受工艺技术的限制，难以制备金属电极，导致难以实现电致激光激射。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种电注入硅基III-V族纳米激光器阵列的制备方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种电注入硅基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；