[发明专利]光通信O波段硅基高速半导体激光芯片及其制造方法

权利要求书

1.一种光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：在Si衬底上，采用不同的缓冲层形成的低位错密度的生长表面；在材料结构上采用N-InAlGaAs取代N-InAlAs电子阻挡层，并采用超晶格结构量子垒结构。

2.根据权利要求1所述的光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：所述缓冲层包括：N-GaP缓冲层、N-GaAs缓冲层和N-InP缓冲层。

3.一种光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：其外延层包括在Si衬底上依次形成的：N-GaP缓冲层、N-GaAs缓冲层、N-InP缓冲层、N-InAlGaAs过渡层、InAlGaAs下波导层、InAlGaAs下分别限制层、InGaAlAs应变多量子阱和垒、InAlGaAs上分别限制层、P-InAlAs电子阻挡层、P-InP间隔层、P-InGaAsP光栅层、P-InP光栅盖层、P-InGaAsP腐蚀停止层、P-InP空间层、P-InGaAsP过渡层、P-InGaAs电接触层以及掺杂Fe的绝缘InP层。

4.根据权利要求3所述的光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：芯片前后出光端面解离在再生长区域，再生长区域填充有再生长形成的P-InP层、N-InGaAsP层和P-InP层。

5.根据权利要求4所述的光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：还包括在外延层上腐蚀形成的脊型波导。

6.根据权利要求5所述的光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：所述脊型波导腐蚀至P-InGaAsP腐蚀停止层。

7.根据权利要求3所述的光通信O波段硅基高速半导体激光芯片，其特征在于：在所述InGaAlAs应变多量子阱和垒中，垒层由3层2nm InGaAlAs垒和2层2nm InGaAlAs阱超晶格结构组成。

8.一种光通信O波段硅基高速半导体激光芯片的制造方法，其特征在于：其外延层的制作过程包括以下步骤：

步骤S1：缓冲层生长：将N-Si衬底放入MOCVD生长腔体，在高温下通氮气烘烤15min，接着生长300nm N-GaP缓冲层；在高温下通磷烷烘烤15min，再生长300nm N-GaAs缓冲层；接着在高温下通砷烷烘烤15min，生长500nm N-InP缓冲层；

步骤S2：生长15nm的N-AlGaInAs过渡层，生长不掺杂30nm AlGaInAs下波导层；生长不掺杂20nm AlGaInAs下分别限制层；生长7层8nm-AlGaInAs张应变量子阱，张应变至少为1.3%，生长8层10nm-AlGaInAs压应变量子垒，压应变至少为0.4%，量子垒由3层2nm-AlGaInAs垒和2层2nm-AlGaInAs阱超晶格结构组成；生长15nm AlGaInAs上分别限制层，生长25nm P-InAlAs电子阻挡层；生长50nm P-InP层，生长40nm P-InGaAsP光栅层，并制备均匀光栅；

步骤S3：采用PECVD沉积SiO₂介质层200nm，通过光刻腐蚀去除靠近芯片前后出光端面20微米的区域，采用稀释的溴：氢溴酸溶液进行各向同性腐蚀，腐蚀深度至N-InP缓冲层；接着依次生长100nm P-InP、50nm N-InGaAsP、100nm P-InP；

步骤S4：去除长完PNP层后片子表面的SiO₂介质层，将片子放入MOCVD腔体中，升温，在高温下生长100nm P-InP光栅掩埋层，25nm P-InGaAsP腐蚀停止层，生长2.0微米P-InP空间层，生长50nm P-InGaAsP过渡层，生长250nm P-InGaAs电接触层，生长300nm掺Fe绝缘InP层，完成材料外延生长。

9.根据权利要求8所述的光通信O波段硅基高速半导体激光芯片的制造方法，其特征在于：还包括步骤S5：PECVD生长150nm SiO2介质层，光刻腐蚀，形成激光器脊波导，去除表面介质层，生长4000nm SiO2常规钝化层，脊波导表面开孔，去除脊波导表面掺Fe绝缘InP层，电子束蒸发Ti/Pt/Au P型电极金属，P型金属与半导体材料表面通过 SiO2钝化层和掺Fe绝缘InP层形成电学隔离，形成较低的芯片电容；接着芯片背面掩膜减薄至200微米，蒸发N面金属；解离形成bar条，采用Al2O3/Si膜系电子束蒸发，形成芯片谐振腔的高反和高透膜，完成芯片制备。