一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器及其制作方法技術

本發明專利技術提供一種基于BCB（苯并環丁烯）鍵合工藝的混合集成激光器及其制作方法，所述混合集成激光器包括具有硅襯底、埋氧層及硅波導結構的SOI基光波導芯片、BCB覆層、具有底接觸層、有源層、隧道結及頂接觸層的Ⅲ-Ⅴ族激光器外延層、貫穿所述Ⅲ-Ⅴ族激光器外延層、BCB覆層及埋氧層的熱沉通孔、填充于所述熱沉通孔內的多晶硅熱沉；結合于所述Ⅲ-Ⅴ族激光器外延層表面且具有電極通孔的氮化硅隔離層以及電極結構。本發明專利技術采用BCB鍵合工藝實現了SOI硅基光波導芯片與Ⅲ-Ⅴ族激光器的單片集成，并且引入多晶硅熱沉結構以提高激光器的性能。本發明專利技術可作為硅基光源器件，為硅基光集成芯片提供片上光源。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種激光器及其制作方法，特別是涉及一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器及其制作方法。
技術介紹
硅基光互連技術旨在采用CMOS技術生產開發硅光子器件，將硅基光子器件和電路集成在同一硅片上，是發展大容量、高性能并行處理計算機系統和通信設備的必然途徑。將微電子技術和光子技術結合起來，開發光電混合的集成電路。在集成電路內部和芯片間引入集成光路，既能發揮光互連速度快、無干擾、密度高、功耗低等優點，又能充分利用微電 子工藝成熟、高密度集成、高成品率、成本低等特點，是最有可能代替金屬互連的方案之一。單片集成方案由于集成度高，成本低，是硅基光互連的發展方向。但由于硅是間接帶隙材料，難以制作發光器件，目前的單片集成硅基光互連方案大多采用鍵合技術將三五族外延片與SOI片鍵合后進行加工，制作半導體激光器。在眾多結構的激光器中，微盤激光器以其面積小、易加工而被廣泛關注，但由于散熱性能差及諧振結構特殊，故光輸出功率較低。本專利技術提出了一種新的結構設計，能有效地提高散熱效率和提高光輸出功率。
技術實現思路
鑒于以上所述現有技術的缺點，本專利技術的目的在于提供一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器及其制作方法，用于解決現有技術中的微盤激光器輸出功率低、散熱效率低等問題。為實現上述目的及其他相關目的，本專利技術提供一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟I)提供一包括娃襯底、埋氧層及娃波導結構的SOI基光波導芯片及一包括底接觸層、有源層、隧道結及頂接觸層的III - V族激光器外延層，于所述SOI基光波導芯片表面形成BCB覆層，并通過該BCB覆層鍵合所述SOI光波導芯片及所述III - V族激光器外延層；2)采用干法刻蝕工藝制作貫穿所述III - V族激光器外延層、BCB覆層及埋氧層的熱沉通孔，于所述熱沉通孔內淀積多晶硅熱沉并采用化學機械拋光方法去掉多余的多晶硅；3)采用干法刻蝕工藝刻蝕所述III - V族激光器外延層，去除部分頂接觸層、隧道結及有源層，制作微盤諧振腔；4)采用濕法刻蝕工藝刻蝕底接觸層獲得底接觸平臺；5)于上述結構表面形成隔離層，刻蝕所述隔離層，形成與所述多晶硅及頂接觸層對應的第一通孔及與所述底接觸層平臺對應的第二通孔，最后于所述第一通孔內制作與所述多晶硅熱沉及頂接觸層連接的頂電極，并同時于所述第二通孔內制作與所述底接觸層連接的底電極。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法的一個優選方案，所述硅波導結構為條形硅波導結構。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法的一個優選方案，所述有源層包括依次層疊的P型結、第一限制層、多量子阱以及第二限制層。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法的一個優選方案，步驟2)中采用增強型等離子氣相沉積工藝及化學機械拋光工藝于所述熱沉通孔內填充多晶娃熱沉。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法的一個優選方案，步驟5)所述的隔離層為氮化硅層，采用增強型等離子氣相沉積法形成所述氮化硅層。本專利技術還提供一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器，所述混合集成激光器至少包括 SOI基光波導芯片，包括硅襯底、結合于所述硅襯底表面的埋氧層及制作于所述埋氧層表面的娃波導結構；BCB覆層,覆蓋于所述埋氧層及娃波導結構表面；III - V族激光器外延層，包括結合于所述BCB覆層表面底接觸層、部分結合于所述底接觸層的有源層、結合于所述有源層的隧道結及結合于所述隧道結的頂接觸層；熱沉通孔，貫穿所述III - V族激光器外延層、BCB覆層及埋氧層；多晶硅熱沉，填充于所述熱沉通孔內；隔離層，結合于所述III - V族激光器外延層表面，且具有用于制作連接所述頂接觸層及多晶硅熱沉的頂電極的第一通孔、以及用于制作底電極的第二通孔；電極結構，包括形成于所述第一通孔內且與所述頂接觸層及多晶硅熱沉相連的頂電極以及形成于所述第二通孔內且與所述底接觸層相連的底電極。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的一個優選方案，所述硅波導結構為條形硅波導結構。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的一個優選方案，所述有源層包括依次層疊的第一限制層、多量子阱、第二限制層以及P型結。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的一個優選方案，所述熱沉通孔為圓柱形腔體。作為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的一個優選方案,所述隔離層為氮化娃層。如上所述，本專利技術提供一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器及其制作方法，所述混合集成激光器包括具有硅襯底、埋氧層及硅波導結構的SOI基光波導芯片、BCB覆層、具有底接觸層、有源層、隧道結及頂接觸層的III - V族激光器外延層、貫穿所述III - V族激光器外延層、BCB覆層及埋氧層的多晶硅熱沉；結合于所述III- V族激光器外延層表面且具有電極通孔的氮化硅隔離層以及電極結構。本專利技術的有益效果為I)本專利技術的混合集成激光器實現了硅基集成光路和III - V族半導體激光器的單片集成，且具有鍵合對準要求低，器件尺寸小的優點。2)在工藝上，采用BCB鍵合技術，實現了 III-V族激光器外延片和硅基波導的混合集成，且不需要對準即可實現，降低了工藝復雜性及制作成本。3)由于娃基波導、光柵I禹合器輸出結構和微盤激光器諧振腔結構制作于同一基底上，本專利技術的混合集成激光器有易于封裝的優點。4)在設計上引入多晶硅熱沉以提高散熱效率，使激光器性能得到提升。5)引入隧道結可以將P型接觸變為η型接觸，降低電阻，本專利技術還使頂電極與底電極一步制作，降低工藝復雜性。 附圖說明圖廣圖3顯示為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法步驟1)所呈現的結構示意圖。圖Γ圖6顯示為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法步驟2)所呈現的結構示意圖。圖7顯示為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法步驟3)所呈現的結構示意圖。圖8顯示為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法步驟4)所呈現的結構示意圖。圖 Γ圖11顯示為本專利技術的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法步驟5)所呈現的結構示意圖。圖12a顯示為無熱沉、采用BCB介質隔離層結構的混合集成激光器截面溫度分布圖。圖12b顯示為有多晶硅熱沉、采用氮化硅介質隔離層結構的混合集成激光器截面溫度分布圖。圖13顯示為具有不同的熱沉(無熱沉、二氧化硅熱沉及多晶硅熱沉)及不同的隔離層(BCB隔離層、二氧化硅隔離層及氮化硅隔離層)的混合集成激光器在典型熱功率下的熱阻柱狀示意圖。元件標號說明101硅襯底102埋氧層103硅波導結構104BCB 覆層105底接觸層105 106III-V激光器外延層107底接觸層平臺108熱沉通孔109多晶硅熱沉110隔離層111第一通孔112第二通孔113頂電極114底電極具體實施例方式以下通過特定的具體實例說明本專利技術的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本專利技術的其他優點與功效。本專利技術還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本專利技術的精神下進行各種修飾或改變。請參閱圖f圖13。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步驟：1）提供一包括硅襯底、埋氧層及硅波導結構的SOI基光波導芯片及一包括底接觸層、有源層、隧道結及頂接觸層的Ⅲ？Ⅴ族激光器外延層，于所述SOI基光波導芯片表面形成BCB覆層，并通過該BCB覆層鍵合所述SOI光波導芯片及所述Ⅲ？Ⅴ族激光器外延層；2）采用干法刻蝕工藝制作貫穿所述Ⅲ？Ⅴ族激光器外延層、BCB覆層及埋氧層的熱沉通孔，于所述熱沉通孔內淀積多晶硅熱沉并采用化學機械拋光方法去掉多余的多晶硅；3）采用干法刻蝕工藝刻蝕所述Ⅲ？Ⅴ族激光器外延層，去除部分的頂接觸層、隧道結及有源層，制作微盤諧振腔；4）采用濕法刻蝕工藝刻蝕底接觸層獲得底接觸平臺；5）于上述結構表面形成隔離層，刻蝕所述隔離層，形成與所述多晶硅及頂接觸層對應的第一通孔及與所述底接觸層平臺對應的第二通孔，最后于所述第一通孔內制作與所述多晶硅熱沉及頂接觸層連接的頂電極，并同時于所述第二通孔內制作與所述底接觸層連接的底電極。

【技術特征摘要】
1.一種基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步驟 O提供一包括娃襯底、埋氧層及娃波導結構的SOI基光波導芯片及一包括底接觸層、有源層、隧道結及頂接觸層的III - V族激光器外延層，于所述SOI基光波導芯片表面形成BCB覆層，并通過該BCB覆層鍵合所述SOI光波導芯片及所述III - V族激光器外延層； 2)采用干法刻蝕工藝制作貫穿所述III- V族激光器外延層、BCB覆層及埋氧層的熱沉通孔，于所述熱沉通孔內淀積多晶硅熱沉并采用化學機械拋光方法去掉多余的多晶硅； 3)采用干法刻蝕工藝刻蝕所述III- V族激光器外延層，去除部分的頂接觸層、隧道結及有源層，制作微盤諧振腔； 4)采用濕法刻蝕工藝刻蝕底接觸層獲得底接觸平臺； 5)于上述結構表面形成隔離層，刻蝕所述隔離層，形成與所述多晶硅及頂接觸層對應的第一通孔及與所述底接觸層平臺對應的第二通孔，最后于所述第一通孔內制作與所述多晶硅熱沉及頂接觸層連接的頂電極，并同時于所述第二通孔內制作與所述底接觸層連接的底電極。2.根據權利要求I所述的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法，其特征在于所述娃波導結構為條形娃波導結構。3.根據權利要求I所述的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法，其特征在于所述有源層包括依次層疊的第一限制層、多量子阱、第二限制層以及P型結。4.根據權利要求I所述的基于BCB鍵合工藝的混合集成激光器的制作方法，其特征在于步驟2)中采用增強型等離子氣相沉積工藝及化學機械拋光工藝于所述熱沉通孔內填充多晶硅熱沉。5.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盛振，王智琪，甘甫烷，武愛民，王曦，鄒世昌，
申請(專利權)人：江蘇尚飛光電科技有限公司，中科院南通光電工程中心，中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：