[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，包括基底、所述基底二氧化硅层内设的波导结构、有源激光器件，有源激光器件通过半导体材料层与基底二氧化硅层键合，有源激光器件上部设有第一金属电极，基底二氧化硅层内设有第二金属电极结构，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；第二金属电极结构上方全部或部分覆盖有有源层，第二金属电极结构包括互联金属层和电极金属层，电极金属层有至少两部分拼接而成。本发明还涉及一种背向集成激光器的制造方法，包括，对SOI晶圆制造工艺和外延片制造工艺。本发明的一种背向集成激光器的制造方法，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

本发明涉及集成激光器技术领域，特别是一种背向集成激光器及其制造方法。

背景技术

背向集成激光器例如异质集成III-V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、低耗的集成激光器，一直是人们的研究重点。

而背向集成激光器的现有技术中，一般是硅光器件制作完成后，激光器与其进行键合，最后图形化处理，形成接触电极。其存在如下缺陷：

1. Ⅲ-V激光器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二氧化硅层，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. 上述集成激光器结构中，由于半导体层厚度较薄（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的高效、低耗制造方法。

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，此方法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，降低工艺的复杂性。

为达到上述发明的目的，一种背向集成激光器件的制造方法，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槽至互联金属层，并制作金属层电极第一部分，并与所述波导两侧所述互联金属导通形成第二金属电极部分结构；

外延片制造工艺为：于外延片上有源层一侧表面沉积透明绝缘层；于所述互联金属层相应位置除去所述绝缘层形成凹槽，于所述凹槽内沉积金属层形成金属层电极第二部分；

将经所述SOI晶圆制造工艺后的晶圆二氧化硅层面和外延片制造工艺后的外延片绝缘层面键合，使得金属层电极第一部分和金属层电极第二部分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。

本发明中SOI晶圆制造工艺步骤和外延片制造工艺步骤各自内部步骤顺序由于有严格的先后顺序不能调整以外，但是SOI晶圆制造工艺步骤和外延片制造工艺步骤之间的步骤时间没有严格的顺序，例如可以进行SOI晶圆制造工艺步骤，也可以先进行外延片制造工艺步骤，也可以相互交叉进行。在将硅光晶圆与外延片进行金属/二氧化硅混合键合后，还可以将衬底去除，而后对p型材料进行图形化处理，并注入H⁺，最后制作p型电极。

硅光晶圆工艺中第一步中对SOI晶圆进行前段工艺的具体步骤为光刻、刻蚀，形成激光器耦合波导，然后沉积介质层；所述硅光后段工艺的具体步骤为光刻、刻蚀、互联金属沉积、金属化学机械抛光。