[发明专利]一种应变锗激光器及其制作方法

权利要求书

1.一种应变锗激光器，其特征在于，所述应变锗激光器从下往上依次为：

衬底层、第一键合介质层、第二键合介质层、锗层、绝缘介质层、P电极和N电极；

锗层中间凹陷区域通过键合与第一键合介质层结合为一体，第二键合介质层支撑锗层的两端；

所述锗层包括：中间窄两边宽的应变结构、位于所述应变结构中间的脊形波导、刻蚀在所述脊形波导上的光栅、位于所述刻蚀了光栅的脊形波导的两侧或者所述应变结构的窄区域的两端的P型掺杂区和N型掺杂区；

光栅为波导侧壁光栅或者波导上表面光栅时，保证光栅在所述应变结构的中间存在四分之一波长的相移。

2.如权利要求1所述的应变锗激光器，其特征在于，应变结构两边宽区域为矩形或者宽度渐变的锥形。

3.如权利要求1所述的应变锗激光器，其特征在于，所述光栅为波导侧壁光栅、波导上表面光栅或者深刻蚀弧形光栅。

4.如权利要求1所述的应变锗激光器，其特征在于，第一键合介质层和第二键合介质层为不同的键合材料。

5.一种如权利要求1至4任一项所述的应变锗激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

S1.在衬底层上生长第一厚度的第一键合介质层，得到第一组件，在锗层生长第二厚度的第二键合介质层，得到第二组件，将清洁后的第二组件倒扣在清洁后的第一组件上进行键合，得到第三组件，将第三组件厚度减薄，得到第三厚度的第四组件，第四组件从下往上包括衬底层，第一键合介质层氧化硅，第二键合介质层氧化铝和锗层；

S2.对所述锗层进行掺杂，形成P型掺杂区和N型掺杂区；

S3.刻蚀所述锗层，形成中间窄两边宽的应变结构，刻蚀深度大于所述锗层厚度；

S4.沿所述应变结构的窄区域和宽区域的交界面垂直方向，在锗层刻蚀形成脊形波导，脊形波导宽度小于所述应变结构窄区域的宽度；

S5.在位于所述应变结构的窄区域以及窄区域两端宽区域的脊形波导上刻蚀光栅，保证光栅在所述应变结构的中间存在四分之一波长的相移；

S6.采用各向同性腐蚀，将第二键合介质层的中间部分腐蚀掉，腐蚀的长度大于应变结构的宽区域的长度，得到第五组件；

S7.将第五组件清洗并烘干，烘干过程中，应变结构将被清洗液产生的毛细力拉向衬底层，并在范德瓦尔斯力的作用下，与第一键合介质层紧密结合；

S8.在所述锗层上沉积绝缘介质层；

S9.刻蚀所述绝缘介质层中与P掺杂区和N掺杂区对应的区域，形成电学接触窗口；

S10.在所述电学接触窗口上沉积金属薄膜，形成P电极和N电极。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，应变结构两边宽区域为矩形或者宽度渐变的锥形。

7.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，对于波导侧壁光栅，采用等离子体刻蚀部分锗层同时形成脊形波导与光栅，刻蚀深度为锗层厚度的一半；对于波导上表面光栅，光栅与脊形波导通过两次等离子体刻蚀形成，光栅的刻蚀深度约为锗层厚度的四分之一，脊形波导刻蚀深度约为锗层厚度的一半。

8.一种如权利要求1至4任一项所述的应变锗激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：

S1.在衬底层上生长第一厚度的第一键合介质层，得到第一组件，在锗层生长第二厚度的第二键合介质层，得到第二组件，将清洁后的第二组件倒扣在清洁后的第一组件上进行键合，得到第三组件，将第三组件厚度减薄，得到第三厚度的第四组件，第四组件从下往上包括衬底层，第一键合介质层氧化硅，第二键合介质层氧化铝和锗层；

S2.对所述锗层进行掺杂，形成P型掺杂区和N型掺杂区；

S3.刻蚀所述锗层，同时形成中间窄两边宽的应变结构和深刻蚀弧形光栅，深刻蚀弧形光栅的刻蚀位置在应变结构窄区域一端的第一宽区域，刻蚀深度大于所述锗层厚度；

S4.沿所述应变结构的窄区域和宽区域的交界面垂直方向，在锗层刻蚀形成脊形波导，脊形波导宽度小于所述应变结构窄区域的宽度；

S5.在位于所述应变结构的窄区域和窄区域另一端的第二宽区域的脊形波导上刻蚀波导光栅，保证波导光栅在所述应变结构的中间存在四分之一波长的相移；

S6.采用各向同性腐蚀，将第二键合介质层的中间部分腐蚀掉，腐蚀的长度大于应变结构的宽区域的长度，得到第五组件；

S7.将第五组件清洗并烘干，烘干过程中，应变结构将被清洗液产生的毛细力拉向衬底层，并在范德瓦尔斯力的作用下，与第一键合介质层紧密结合；

S8.在所述锗层上沉积绝缘介质层；

S9.刻蚀所述绝缘介质层中与P掺杂区和N掺杂区对应的区域，形成电学接触窗口；

S10.在所述电学接触窗口上沉积金属薄膜，形成P电极和N电极。