[发明专利]一种采用高反膜提高GaN基集成波导的光耦合效率的方法

说明书

本发明公开了一种采用高反膜提高GaN基集成波导的光耦合效率的方法，属于半导体技术领域。本方法主要针对GaN基集成波导光损耗问题，提出采用高反膜来提高GaN基集成波导的光耦合效率。包括以下关键步骤：多量子阱脊形光波导结构设计、GaN材料生长、多量子阱InGaN/GaN结构的生长、电极套制技术、多量子阱LED侧面镀高反膜等关键技术。通过本发明能够有效提高集成波导的光耦合效率，为提高GaN基集成波导光耦合效率提供了有效途径。本发明工艺简单，成本低廉，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种采用高反膜提高GaN基集成波导的光耦合效率的方法。

背景技术

随着人们对大容量、高速和低成本的信息传播技术的要求越来越高，近年来硅基光电子学得以蓬勃发展，应用于信息通信、多媒体、个人消费、测量传感、生物传感以及军事应用。

由于硅(Si)是间接带隙半导体材料，硅(Si)基光源问题一直是制约硅(Si)基光电子发展和应用的核心。从波导材料上来看，传统的硅(Si)材料对可见光有很强的吸收性，这样不利于光在光波导传输。硅(Si)材料折射率较小，光场约束效果差，而GaN材料既能满足对可见光不吸收的条件，也具有较大的折射率，因而成为制备可见光波导及平面集成光子器件的优良材料。

随着以GaN为代表的第三代半导体材料及器件的发展与突破，GaN基光电子器件将有可能引起未来光电子领域的飞速发展。相比硅基光子来说，GaN基材料是一种直接宽带隙半导体材料，有着优异的发光和探测性能，在GaN基上集成波导器件有望解决电互联传输功耗大、受电磁干扰严重、传输容量低等问题，并且基于GaN基的集成波导结构已经取得了一些突破。例如，美国堪萨斯大学的惠荣庆教授利用GaN材料制备了光纤通信的平面波分复用器(WDM)，美国思克莱德大学的张岩峰教授制备了针对850nm的GaN平面波导器件。国内的GaN基集成波导器件也已经实现简单的通信功能。但是GaN基集成波导中LED和光波导之间的光耦合效率低，约为10％左右，这样大大降低了GaN基集成波导的其他性能。如何提高GaN基集成波导光耦合效率，实现集成波导的整体性能得以提高还尚未解决。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种采用高反膜提高GaN基集成波导的光耦合效率的方法，通过在多量子阱led侧壁镀上高反膜DBR(distributed Bragg reflection)通过反射led光的方法来提高LED和光波导之间的光耦合效率，从而解决GaN基波导器件耦合效率低的问题。

其中GaN基集成波导主要是以下三个部分构成：多量子阱发光二极管(LED)、多量子阱光波导、多量子阱探测器(PD)。本发明提出使用DBR高反膜来提高光的耦合效率，从而提高GaN基集成波导的整体性能。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种采用高反膜提高GaN基的集成波导的光耦合效率的方法，包括以下步骤：

采用高反膜提高GaN基集成波导的光耦合效率的方法，包括以下步骤：

步骤一、在衬底表面生长GaN外延层；

步骤二、在GaN外延层表面制备多量子阱结构，多量子阱结构由下至上依次包括n-GaN层、MQWs层和p-GaN层，并在多量子阱结构的表层上旋涂光刻胶；

步骤三、利用光刻显影和氮化物刻蚀，将掩模板上的图形转移到衬底上，获得GaN基集成波导结构，GaN基集成波导结构由左至右依次包括结构相同的多量子阱发光二极管、多量子阱光波导和多量子阱探测器；

步骤四、在多量子阱发光二极管的侧面镀上DBR高反膜，在多量子阱发光二极管和多量子阱探测器的上面分别镀上正负金属电极；

步骤五、电极套制、封装引线。

优选地，步骤一中所采用的衬底材料为蓝宝石、硅、SiC或GaN。