[发明专利]同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片及制备方法

权利要求书

1.一种同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片，其特征在于：所述通信芯片基于硅衬底氮化镓晶圆制备，所述硅衬底氮化镓晶圆从上至下依次包括p-GaN层(7)、InGaN多量子阱层(6)、InGaN波导层(5)、AIGaN包覆层(4)、n-GaN层(3)、缓冲层(2)和硅衬底层(1)，所述缓冲层(2)上设置光源(A)、探测器(C)和有源波导(B)，所述光源(A)、探测器(C)和有源波导(B)均包括p-n结、绝缘隔离层(8)、p型电极(9)和n型电极(10)，各p-n结通过对所述硅衬底氮化镓晶圆刻蚀而成。

2.根据权利要求1所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片，其特征在于：所述p-n结包括n-GaN层(3)，设置在所述n-GaN层(3)上的AIGaN包覆层(4)、设置在所述AIGaN包覆层(4)上的InGaN波导层(5)、设置在所述InGaN波导层(5)上的InGaN多量子阱层(6)、设置在所述InGaN多量子阱层(6)上的p-GaN层(7)。

3.根据权利要求1所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片，其特征在于：所述绝缘隔离层(8)为3至5对SiO₂/TiO₂组成的电介质布拉格反射镜，绝缘隔离层(8)的反射谱中心波长和InGaN多量子阱层(6)电致发光光谱的主峰波长相同，绝缘隔离层(8)的反射谱宽度覆盖InGaN多量子阱层(6)电致发光光谱宽度。

4.根据权利要求1所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片，其特征在于：所述硅衬底氮化镓晶圆上表面刻蚀有阶梯状台阶，阶梯状台阶包括上台面和下台面，上台面为p-GaN层(7)的上表面，下台面为刻蚀后暴露的n-GaN层(3)上表面；所述n型电极(10)设置在下台面上，绝缘隔离层(8)设置在上台面上且绝缘隔离层(8)的四周边沿延伸至下台面上预设宽度，绝缘隔离层(8)向下包覆刻蚀后暴露的p-n结的各层端面；所述p型电极(9)包括接触区和键合区，接触区设置在阶梯状台阶的上台面上，键合区设置在绝缘隔离层(8)上表面且和接触区相互连接。

5.根据权利要求4所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片，其特征在于：所述有源波导(B)为弧形，有源波导(B)的两个端面分别对准光源(A)和探测器(C)，有源波导(B)和光源(A)、探测器(C)之间分别刻蚀有长度为微米级别的空气槽，所述空气槽的深度等于阶梯状台阶的高度。

6.一种权利要求1-5任一所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片的制备方法，其特征在于，顺序执行以下步骤：

步骤一、在所述硅衬底氮化镓晶圆的p-GaN层(7)上表面均匀旋涂一层光刻胶，在光刻胶层上定义出阶梯状台阶上台面区域并进行刻蚀，随后剥离残余光刻胶，获得阶梯状台阶，阶梯状台阶的下台面为蚀刻后暴露的n-GaN层(3)的上表面；

步骤二、在硅衬底氮化镓晶圆上表面均匀旋涂一层光刻胶，在光刻胶层上定义p型电极(9)的接触区窗口区域，蒸镀Ni/Au，剥离残余光刻胶后获得p型电极(9)的接触区；

步骤三、在硅衬底氮化镓晶圆上表面的上台面旋涂一层光刻胶，在光刻胶层上定义绝缘隔离层(8)窗口区域，在硅衬底氮化镓晶圆上表面沉积电介质布拉格反射镜，剥离残余光刻胶后获得绝缘隔离层(8)；

步骤四、在硅衬底氮化镓晶圆上表面均匀旋涂一层光刻胶，在光刻胶层上定义p型电极(9)键合区窗口区域和n型电极(10)窗口区域蒸镀Pt/Au，剥离残余光刻胶、退火后获得p型电极(9)和n型电极(10)。

7.根据权利要求6所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤一中在光刻胶层上定义刻蚀区域的方法使用电感耦合等离子反应离子刻蚀技术。

8.根据权利要求6所述的同质集成光源、探测器和有源波导的通信芯片的制备方法，其特征在于：所述步骤二中使用磁控溅射技术蒸镀Ni/Au，Ni/Au厚度分别为60nm/260nm。