[发明专利]一种背向集成激光器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种背向集成激光器件的制造方法，硅光晶圆工艺包括：对SOI晶圆进行前段工艺，形成耦合波导，在硅光后段工艺中，在激光器耦合波导两侧沉积互联金属；将SOI晶圆与载体晶圆进行键合；去除SOI晶圆上的衬底，将SOI晶圆上的BOX层减薄至目标值；于波导两侧沉积互联金属相应位置制作电连接孔或槽，露出全部或部分互联金属，沉积n型III‑V接触金属的种子层；III‑V外延片上电极工艺步骤包括：于外延片上与硅光晶圆电连接孔或槽相匹配位置制造出金属电极；硅光晶圆工艺和III‑V外延片上电极工艺完成后，将硅光晶圆与III‑V外延片进行插入键合。本发明的一种背向集成激光器件的制造方法，在底部形成n型III‑V的接触电极，降低器件电阻，提高器件效率，降低缺陷复合，提高器件载流子注入效率。

技术领域

本发明涉及硅基异质集成激光器件技术领域，特别是一种背向集成激光器件及其制造方法。

背景技术

背向集成激光器件例如III-V材料异质集成激光器被认为是硅基片上光源的一种解决方案。而以CEA-Leti为代表的背向式激光器件集成方法，能够与原有硅光前后段工艺兼容。与传统III-V激光器一样，异质集成激光器的性能受到器件串联电阻、缺陷态非辐射复合以及热效应等因素的制约，容易导致异质集成激光器输出小、效率低，同时耗能较大。如何实现高效片上集成激光器，一直是人们的研究重点。

而现有技术中，一般是硅光器件制作完成后，激光器与其进行键合，最后再对III-V材料图形化处理，形成接触电极。其存在如下缺陷：

1、Ⅲ-V激光器件性能受热效应影响较大。上述集成结构中，受限于激光器与载体晶圆之间较厚的SiO₂，激光器的散热受限，容易造成激光器阈值电流的增大和输出功率的降低；

2、上述激光器件结构中，由于n型半导体层厚度较薄（大约100nm），且横向长度较长（大约10μm），成为器件中电阻的主要来源。较高的电阻容易产生更多的焦耳热，不利于器件的性能提升；

3、相关电极的制作，涉及到有源区的刻蚀，容易在有源区的刻蚀端面引入缺陷，在载流子注入过程中，造成非辐射复合，降低电流注入效率。

因此，期望提供一种背向集成激光器件及其制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背向集成激光器件的制造方法，与传统键合技术相比，可以缓解键合工艺热预算的限制，可在一定程度上减少接触电阻，降低III-V工艺的复杂性。

为达到上述发明的全部或部分目的，提供一种背向集成激光器件，包括基底、所述基底内设的波导结构、有源激光器件，有源激光器件通过半导体材料层与基底键合，有源激光器件上部设有第一金属电极，其特征在于，所述基底内设有第二金属电极结构，所述第二金属电极结构位于波导结构两侧且与波导结构不接触；所述第二金属电极结构上方全部或部分覆盖有有源层，所述第二金属电极结构包括互联金属层和电极金属层，所述第二金属电极结构由预先制备好的所述电极金属层插入互联金属层上方的凹槽中并与所述互联金属层导通制得的。本发明情况下，所述第二金属电极结构位于有源器件侧边正下方。

本发明还涉及一种背向集成激光器件的制造方法，其特征在于，包括对SOI晶圆制造工艺和外延片制造工艺。

所述SOI晶圆制造工艺为：第一步，对SOI晶圆进行前段工艺，与氧化硅层内形成波导结构，在硅光后段工艺中，在波导结构两侧挖槽沉积互联金属层；第二步，将SOI晶圆与载体晶圆进行键合；去除SOI晶圆上硅衬底层，于互联金属层相应位置挖凹槽至互联金属层；

外延片制造工艺为：于外延片上有源层一侧表面与所述互联金属层相应位置形成电极金属层；

将经所述SOI制造工艺后的晶圆二氧化硅层面和外延片制造工艺后电极金属层一面键合，使得互联金属层和电极金属层导通形成第二金属电极结构；形成有源激光器件，于有源激光器件上端制作金属电极形成第一金属电极。