硅基键合InPInGaAsP量子阱连续激光器的研制

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1、第!"卷!第#期半!导!体!学!报5678!"!(68#!$$#年#月%&'()*)+,-.(/0,1*)2'%,(3-%4,.*+97:!!$$#硅基键合!"

2、8室温连续工作的P_ZZ激光器阈值电流为Y"I/!对应的阈值电流密度和微分电阻分别为!_PRa/&?I!和Z_"%!在约!!$I/#I时输出光功率达PZIU8关键词!硅基激光器'连续激射'直接键合<)66$#RY$0'"PO$%'Y!ZZ;中图分类号!4(!Y"_Y!!!文献标识码!/!!!文章编号!$!ZR[YP##"!$$##$#[PPP#[$Y并经过退火处理!达到足够的强度8直接键合特别是C!引言低温直接键合因为较低的退火温度!克服了材料热膨胀系数不匹配的问题!极大地拓展了光电子集成硅基光电子集成回路为光通信

3、和光互连的发展的自由度8(P!!)提供了一种低成本的解决方案8*N为间接带隙利用直接键合的方法制作硅基键合激光器是目材料!带间载流子复合发光效率要比直接带隙+[*前发展硅基光电子集成的热点之一!'J;基激光器族化合物材料低R个数量级!不能由*N直接制作高的光发射波长对*N材料透明!*N基键合'J;基激光(PZ$P")效的发光器件8虽然硅基光电器件已有很大的进步!器引起了人们的重视8在*N基键合'J;激光但硅基发光仍是阻碍硅基集成光电子发展的原因之器中!*N作衬底为'J;基激光器与*N大规模集成电一8路的集成提供平台

4、!另外*N的导热性能优于'J;!有硅基发光主要有硅材料改性/喇曼放大两种实利于激光器散热8键合时退火温度较高")(PZ!PO)现方式8通过硅材料改性实现硅基发光主要有纳米Z$$^#会造成缺陷数量的增加'在较低的退火(R!Y)(Z!O)晶体硅/掺铒富硅二氧化硅和硅基异质量子温度下采用键合工艺!制备了*N基P_R#I'J;[(#)("!`)(P"!P`)结构等8基于受激喇曼散射的光泵喇曼激光器'JWF/A;边发射激光器!在条宽为O#I/腔长已经由脉冲发展到连续!但其缺点在于光注入8硅基为R$$时!阈值电流和相应的电流密

5、度分别为#I混合集成激光器通过异质结外延生长和键合技术来!ROI/和!a/&?I8最近!还发展了新颖的*N和'J;(P$!PP)(!$$!!)实现8异质结外延生长虽然已经实现了硅基基有源区的集成方式!/7WF'J/A量子阱有源'J;激光器的室温连续激射!但位错密度大")Zg区提供激光器的增益!*,'上的*N波导作为激光器Oe!#!约是'J;基晶格匹配外延生长位错密度的谐振腔'*N和'J;键合后制作出混合激光器!实P$?I的P$Y倍!且生长温度高")ZZ$^#!使得异质结外现了P_ZZ激射!其阈值电流为OZI/!最大

6、输出#I延生长用于硅基集成会导致器件退化严重8键合技功率P_"IU'键合前波导和+[*有源区无需对(!R)术可以集成晶格或晶向失配的材料!充分利用键合准8我们已经利用亲水性低温直接键合的方法制材料的性能!实现优势互补!改善器件性能!制造新备出条宽!$的*N基'J;['JWF/A;激光器!实现#I(!Y)型器件8从原理上讲!键合技术主要有引入中间层的了电注入室温脉冲激射8本文采用低温亲水性键(P!)键合和直接键合两种方式8引入中间层的键合在合!实现了*N和'J;键合!制作了条宽O的条形#I键合界面引入金属或聚合物作中

7、间层提高结合力!脊波导*N基'J;['JWF/A;量子阱激光器8室温连但中间层的存在影响键合界面的光学或电学特性8续工作的P_ZZ激光器阈值电流为Y"I/!对应#I(PR!PY)!直接键合指不同材料经表面处理后贴合在一的阈值电流密度和微分电阻分别为!_PRa/&?I和起!依靠范德华力或者氢键作用形成化学键的连接!Z_"%8"国家高技术研究发展计划"批准号$!$$R//RP!$P$#和国家自然科学基金"批准号$O$Z#O$RZ#资助项目Q通信作者8)IFN7$:7=!A>IN8F?8?J!!$$O[P![$"收到!!

8、$$#[$R[$P定稿"!$$#中国电子学会###%半!导!体!学!报第!"卷D!直接键合技术直接键合界面分别为J[*N和J['J;8'J;外延片的材料组成是在B型'J;"P$$#上用2,%53技术依次生长下列各层$$_!的B['JWF/A欧姆接#I触层!P_Z的B['J;包层!$_P!的*%&!'J[#I#IWF/A;量子阱层!$_P!#I的*%&!$_P