一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器及其制作方法。所述激光器包括：帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片；半導(dǎo)體外延片，其包括底部接觸層和半導(dǎo)體激光器諧振腔；所述半導(dǎo)體激光器諧振腔位于所述底部接觸層上方，且其中間刻蝕形成有散熱通道；鍵合層，用于鍵合帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片和半導(dǎo)體外延片；N電極金屬層，其位于底部接觸層上方，且環(huán)繞形成在所述半導(dǎo)體激光器諧振腔周圍；絕緣隔離層，其覆蓋在N電極金屬層、底部接觸層以及半導(dǎo)體激光器諧振腔表面；P電極金屬覆蓋層，其位于絕緣隔離層和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，且完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面和散熱通道表面。
【專利說明】—種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及硅基光電集成【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著硅基光電集成回路和光互連的發(fā)展，電泵浦的硅基光源是一個必不可少的因素。然而由于硅是一種間接帶隙材料，發(fā)光效率低，因此不適合做光源。并且，在硅上直接生長直接帶隙半導(dǎo)體材料，由于其晶格不匹配，生長難度很大。近些年來，SOI (絕緣體上的硅)平臺由于其與CMOS工藝的兼容性以及對通信波長的光吸收小的特點，越來越受到人們的關(guān)注，一種利用鍵合技術(shù)將SOI與III/V半導(dǎo)體材料鍵合起來制作硅基光源的方法在硅基光電集成領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大的應(yīng)用前景?；诖?，硅基法布里-波羅(FP)鍵合硅基激光器，分布式布拉格反射(DBR)和分布反饋(DFB)硅基單模FP腔激光器也相繼間世。
[0003]微腔激光器由于其體積小、能耗低和便于集成的優(yōu)點，在光互連和光子集成回路中有著巨大的應(yīng)用前景。然而，硅基鍵合微腔激光器由于其本身體積很小以及鍵合層和掩埋氧化硅(BOX)層的熱導(dǎo)率很低，導(dǎo)致硅基鍵合微腔激光器的熱阻很大，從而嚴(yán)重影響激光器的輸出特性。。圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中微腔激光器的結(jié)構(gòu)圖，其包括:帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片，包括襯底1、掩埋氧化硅(BOX)層2和頂部硅波導(dǎo)3 ;鍵合層4 ;底部接觸層5 ;半導(dǎo)體激光器諧振腔，包括:下限制層6，、有源區(qū)7、上限制層8 ；N電極金屬層9 ;絕緣隔離層10 ；P電極金屬覆蓋層11 ;該結(jié)構(gòu)為在完全用絕緣隔離層1(S12)限制、P電極金屬覆蓋層11沒有完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的普通激光器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)激光器產(chǎn)生的熱量大部分存在于半導(dǎo)體激光器諧振腔中，并沒有傳導(dǎo)出去，因此導(dǎo)致激光器的散熱性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器及其制作方法。其中，III/V族半導(dǎo)體外延片生長在P型InP襯底上，SOI上刻蝕出硅波導(dǎo)，通過鍵合技術(shù)將二者鍵合在一起，利用半導(dǎo)體加工技術(shù)刻蝕出微腔形狀，并且在微腔中心刻蝕出散熱通道，在激光器表面生長絕緣隔離層，最終再利用P電極金屬覆蓋層將半導(dǎo)體激光器諧振腔完全覆蓋，從而達(dá)到散熱降低熱阻的目的。
[0005]本發(fā)明提出的一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的娃基微腔激光器，其特征在于，包括:
[0006]帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片；
[0007]半導(dǎo)體外延片，其包括底部接觸層和半導(dǎo)體激光器諧振腔；所述半導(dǎo)體激光器諧振腔位于所述底部接觸層上方，且其中間刻蝕形成有散熱通道；
[0008]鍵合層，用于鍵合帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片和半導(dǎo)體外延片；
[0009]N電極金屬層，其位于底部接觸層上方，且環(huán)繞形成在所述半導(dǎo)體激光器諧振腔周圍；
[0010]絕緣隔離層，其覆蓋在N電極金屬層、底部接觸層以及半導(dǎo)體激光器諧振腔表面；
[0011]P電極金屬覆蓋層，其位于絕緣隔離層和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，且完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面和散熱通道表面。
[0012]本發(fā)明還提出了一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的娃基微腔激光器的制造方法，其包括:
[0013]步驟1、在SOI晶片上刻蝕形成硅波導(dǎo)，并生長半導(dǎo)體外延片；
[0014]步驟2、利用鍵合層將所述SOI晶片和半導(dǎo)體外延片鍵合起來；
[0015]步驟3、在所述外延片上刻蝕形成半導(dǎo)體激光器諧振腔，并在底部保留一層底部接觸層；同時，在所形成的半導(dǎo)體激光器諧振腔中間刻蝕形成散熱通道；
[0016]步驟4、在所述底部接觸層表面制作N電極金屬層，使其環(huán)繞形成在所述半導(dǎo)體激光器諧振腔周圍；
[0017]步驟5、生長絕緣隔離層，使其覆蓋在N電極金屬層、底部接觸層以及半導(dǎo)體激光器諧振腔表面；
[0018]步驟6、生長P電極金屬覆蓋層，使其形成在絕緣隔離層和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，且完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面和散熱通道表面。
[0019]本發(fā)明提出的金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，利用鍵合技術(shù)和半導(dǎo)體激光器制作工藝制作了金屬完全限制的硅基微環(huán)激光器，該種結(jié)構(gòu)的微環(huán)激光器優(yōu)點是通過金屬限制層，由于金屬的熱導(dǎo)率很高，可以使得激光器有源區(qū)產(chǎn)生的熱量快速通過η電極金屬層和P電極金屬覆蓋層傳入更大的區(qū)域，從而有效的降低激光器有源區(qū)溫度和熱阻。
[0020]本發(fā)明提出的金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器的優(yōu)點在于:對于利用5102等介質(zhì)材料作為限制層的硅基鍵合微腔激光器而言，硅襯底的熱導(dǎo)率很大(在131Κ/(πι.Κ)左右)，因此可以很好的傳導(dǎo)熱量。然而，由于鍵合層和掩埋氧化硅層的熱導(dǎo)率很低(在IK/(m.K)左右)，因此有源區(qū)中產(chǎn)生的熱量很難傳導(dǎo)至硅襯底中，導(dǎo)致有源區(qū)的溫度升高很大，因此激光器的熱阻較大。本發(fā)明提出的金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，通過金屬限制層作為散熱層，由于金屬的熱導(dǎo)率(約150Κ/(πι.Κ))很高，可以將激光器有源區(qū)產(chǎn)生的熱量通過N電極金屬層和P電極金屬覆蓋層傳入更大的區(qū)域，從而有效的降低熱阻和激光器有源區(qū)溫度，提高激光器的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中硅基微腔激光器的結(jié)構(gòu)截面示意圖；
[0022]圖2(a)為本發(fā)明中散熱通道刻蝕至底部接觸層并利用金屬限制的硅基微腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2(b)為本發(fā)明中散熱通道刻蝕至BOX層并利用金屬限制的硅基微腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2(c)為本發(fā)明中散熱通道刻蝕至硅襯底層并利用金屬限制的硅基微腔激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖3為利用有限元方法計算的圖1和圖2示出的不同結(jié)構(gòu)下激光器的熱阻隨激光器半徑及BCB鍵合層厚度的變化關(guān)系示意圖。

【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0027]本發(fā)明提出了一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其具有通過在半導(dǎo)體激光器諧振腔中間刻蝕散熱通道并用金屬限制的散熱結(jié)構(gòu)。金屬限制層作為散熱層，由于金屬的熱導(dǎo)率很高，可以將激光器有源區(qū)產(chǎn)生的熱量通過N電極金屬層和P電極金屬覆蓋層傳入更大的區(qū)域，從而有效的降低熱阻和激光器有源區(qū)溫度，提高激光器的性能。
[0028]下面結(jié)合圖2所示，以DVS-BCB鍵合微環(huán)激光器為例對本發(fā)明提出的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
[0029]本發(fā)明提出的一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的娃基微腔激光器，其包括:
[0030]帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片，包括:娃襯底1，其熱導(dǎo)率為131Κ/(πι.Κ)，為熱的良導(dǎo)體；所述硅襯底I可選用帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片；掩埋氧化硅(BOX)層2，位于硅襯底I上方；該層的作用主要用于隔離光場，防止光損耗，該層的S12的熱導(dǎo)率為1.27K/(m.Κ)，因此該層嚴(yán)重阻礙了熱量向娃襯底的傳輸；頂部娃波導(dǎo)3,位于掩埋氧化娃層2上方。娃波導(dǎo)3的作用是通過垂直耦合方式將半導(dǎo)體激光器諧振腔中產(chǎn)生的激光耦合進(jìn)硅波導(dǎo)3中，從而實現(xiàn)硅上出光。
[0031]鍵合層4，鍵合層4是將III/V半導(dǎo)體外延片和SOI片鍵合起來的一層，位于二者之間。通過鍵合層4，III/V半導(dǎo)體外延片中產(chǎn)生的激光可以耦合到SOI頂部硅波導(dǎo)3中。若采用BCB鍵合方式，則選用BCB (苯并環(huán)丁烯)鍵合層，其熱阻為0.3Κ/(πι.Κ);熱量在該層會受到極大的阻礙，是導(dǎo)致激光器熱阻變大的重要因素。
[0032]底部接觸層5，該層位于鍵合層4的上方。其選用半導(dǎo)體材料，用于沉積N電極，提供電流注入。
[0033]半導(dǎo)體激光器諧振腔，用于產(chǎn)生激光，其是通過半導(dǎo)體刻蝕工藝將III/V半導(dǎo)體外延片刻蝕至底部接觸層5形成的，主要包括:下限制層6，位于底部接觸層5的上方，其形狀可以為微環(huán)、微盤、正方形、橢圓形或其它多邊形微腔形狀，覆蓋底部接觸層5的部分表面，圖中示出的是微環(huán)結(jié)構(gòu)的微腔形狀；有源區(qū)7，位于下限制層6的上方，形狀與下限制層6相同，該層是熱量產(chǎn)生的主要區(qū)域，關(guān)系到器件的熱學(xué)特性；上限制層8，位于有源區(qū)7的上方，形狀與有源區(qū)7相同，起到光場限制的作用。
[0034]N電極金屬層9，其位于半導(dǎo)體激光器諧振腔周圍，底部接觸層5的上方，環(huán)繞半導(dǎo)體激光器諧振腔，且與半導(dǎo)體激光器諧振腔具有一定的距離，用于對激光器提供電流注入。
[0035]絕緣隔離層10,位于激光器表面,覆蓋在N電極金屬層9表面、底部接觸層5未被覆蓋的表面和半導(dǎo)體激光器諧振腔表面。可以是S12等絕緣體材料，具有較低的折射率。
[0036]散熱通道，其由半導(dǎo)體激光器諧振腔上刻蝕形成的孔洞形成。其中，半導(dǎo)體激光器諧振腔刻蝕孔洞位于微腔的中心，通過半導(dǎo)體刻蝕技術(shù)對III/V半導(dǎo)體外延片刻蝕形成。其刻蝕深度的不同導(dǎo)致對激光器熱特性的改善作用也不同，刻蝕深度越深，其熱特性越好。圖2(a)為刻蝕至底部接觸層5的結(jié)構(gòu)，圖2(b)為刻蝕至掩埋氧化硅2的結(jié)構(gòu)，圖2(c)為刻蝕至硅襯底I的結(jié)構(gòu)。P電極金屬覆蓋層11作用是將激光器產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)向更大區(qū)域，從而降低激光器的熱阻。對于微盤、正方形等結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器諧振腔，只需要在其中間部位刻蝕散熱空洞即可。
[0037]P電極金屬覆蓋層11，位于絕緣隔離層10和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，并且完全覆蓋住半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面，以及散熱通道表面。由于金屬層具有很高的熱導(dǎo)率，所以通過該層可以使激光器有源區(qū)產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至更大的金屬區(qū)域，從而達(dá)到散熱降低熱阻的目的。
[0038]圖2 (a)所示為刻蝕孔洞刻蝕至底部接觸層5并利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的散熱結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)散熱通道可以將激光器產(chǎn)生的大部分熱量傳導(dǎo)至大面積的P電極金屬覆蓋層11，因此熱阻較低。圖2(b)所示為刻蝕孔洞刻蝕至掩埋氧化硅層2并利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的散熱結(jié)構(gòu)。圖2(c)所示為刻蝕孔洞刻蝕至硅襯底層I并利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的散熱結(jié)構(gòu)，該種結(jié)構(gòu)的散熱通道可以將激光器產(chǎn)生的熱量幾乎全部傳導(dǎo)至P電極金屬覆蓋層11和硅襯底I中，對激光器熱特性的改善最明顯。
[0039]本發(fā)明還提出了一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的娃基微腔激光器的制造方法。該方法包括:
[0040]步驟1:將SOI片進(jìn)行處理，刻蝕出硅波導(dǎo)，并且生長III/V半導(dǎo)體外延片，用以制作半導(dǎo)體激光器諧振腔。帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片，包括:硅襯底I ;掩埋氧化硅(BOX)層2，位于硅襯底I上方；該層的作用主要用于隔離光場，防止光損耗，該層的S12的熱導(dǎo)率為1.27K/(m.K)，因此該層嚴(yán)重阻礙了熱量向硅襯底的傳輸；頂部硅波導(dǎo)3，位于掩埋氧化硅層2上方。硅波導(dǎo)3的作用是通過垂直耦合方式將半導(dǎo)體激光器諧振腔中產(chǎn)生的激光耦合進(jìn)硅波導(dǎo)3中，從而實現(xiàn)硅上出光。
[0041]步驟2:利用DVS-BCB半導(dǎo)體鍵合技術(shù)，將III/V半導(dǎo)體外延片與帶有硅波導(dǎo)3的SOI片通過鍵合層4鍵合起來。其中，鍵合層4位于III/V半導(dǎo)體外延片和SOI片之間，實現(xiàn)光從III/V半導(dǎo)體外延片耦合到硅波導(dǎo)I的作用。為了實現(xiàn)有效的光耦合，應(yīng)保持鍵合層4的厚度在500nm以下。鍵合層4對激光器熱阻的影響較大，BCB(苯并環(huán)丁烯)為一種粘合劑，熱導(dǎo)率僅有0.3K/(m.K)，因此考慮到激光器的散熱特性，該層的厚度越小越好。
[0042]步驟3:利用半導(dǎo)體加工技術(shù)(如光刻、感應(yīng)耦合等離子刻蝕(ICP)技術(shù)、PECVD)在所述外延片上刻蝕出半導(dǎo)體激光器諧振腔，并使之底部保留一層InP作為底部接觸層5，該半導(dǎo)體激光器諧振腔主要包括:下限制層6，位于底部接觸層5的上方，其形狀可以為微環(huán)、微盤、正方形或其它微腔形狀；有源區(qū)7，位于下限制層6的上方，形狀與下限制層6相同，該層是熱量產(chǎn)生的主要區(qū)域，關(guān)系到器件的熱學(xué)特性；上限制層8，位于有源區(qū)7的上方，形狀與有源區(qū)7相同，起到光場限制的作用。在該步驟中，可以直接將半導(dǎo)體激光器諧振腔中心進(jìn)行刻蝕形成散熱通道；具體可以將其底部刻蝕至底部接觸層5，如圖2(a)所示，也可以進(jìn)一步刻蝕至掩埋氧化硅層2，如圖2(b)，或刻蝕至硅襯底層1，如圖2(c)所示。其中，刻蝕的深度越深，則器件的熱特性越好。
[0043]步驟4:利用電子束蒸發(fā)技術(shù)在底部接觸層5的表面制作N電極金屬層9，環(huán)繞半導(dǎo)體激光器諧振腔，與半導(dǎo)體激光器諧振腔有一定的距離，材料為Au/Ge/Ni合金，N電極金屬層9與半導(dǎo)體激光器諧振腔的距離以及N電極金屬層9的厚度會影響到P電極金屬覆蓋層11的散熱作用，N電極金屬層9與半導(dǎo)體激光器諧振腔的距離越近，N電極金屬層9厚度越大，散熱特性越好。N電極金屬層9與半導(dǎo)體激光器諧振腔的距離應(yīng)在50 μ m以下。
[0044]步驟5:生長一絕緣隔離層10，使其覆蓋在N電極金屬層9、底部接觸層5和半導(dǎo)體激光器諧振腔表面。該層的作用是將P電極金屬覆蓋層11與N電極金屬層9和半導(dǎo)體激光器諧振腔隔離開，避免金屬對光場的強烈吸收以及防止激光器發(fā)生短路。絕緣隔離層10的厚度介于5μπι以下，過厚的絕緣隔離層10，會導(dǎo)致器件的散熱性變差。
[0045]步驟6:生長一層P電極金屬覆蓋層11，材料為Ti/Pt/Au合金，制作圖形化的P電極，P電極金屬覆蓋層11位于絕緣隔離層10和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，并且完全覆蓋住半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面和表面。P電極金屬覆蓋層11的面積越大、厚度越厚，則其散熱作用越好。
[0046]圖3(a)為圖1和圖2所示的四種結(jié)構(gòu)的熱阻隨激光器半徑的變化關(guān)系。在完全用絕緣隔離層1(S12)限制、P電極金屬覆蓋層11沒有完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的條件下，如圖1所示，激光器的熱阻隨半徑的變化很大，當(dāng)激光器半徑為ΙΟμπι時，其熱阻為4.9K/mff ;對于刻蝕至底部接觸層5并利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔，如圖2(a)所示，其熱阻為2K/mW ;對于刻蝕至掩埋氧化硅2并利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔，如圖2(b)所示，其熱阻為1.7K/mff ;對于刻蝕至硅襯底I并利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔，如圖2(c)所示，其熱阻為1.lK/mff ;此外，對于利用P電極金屬覆蓋層11完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的金屬限制散熱結(jié)構(gòu)，隨激光器半徑的減少，其熱阻的增加速度較慢，對于圖2(a)、(b)、(c)所示的三種結(jié)構(gòu)，當(dāng)激光器半徑從20 μ m減少至5 μ m時，其激光器熱阻分別增加了 2.8K/mW、2.6K/mff和2.ΙΚ/mW，而對于用絕緣隔離層1(S12)限制、P電極金屬覆蓋層11沒有完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔的硅基微腔激光器結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其熱阻增加了 7.6K/mW。因此，本發(fā)明所提出的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器與利用S12等其他介質(zhì)限制的激光器相比具有很低的熱阻，因此提高了激光器的性能。
[0047]圖3(b)為圖1和圖2所示的四種結(jié)構(gòu)的熱阻隨BCB鍵合層厚度的變化關(guān)系。對于硅基鍵合微腔激光器而言，鍵合層4的厚度是影響激光器溫度效應(yīng)的主要因素，鍵合層4越厚，其熱阻越大。從圖3(b)可以看出，硅基鍵合微腔激光器的熱阻與其鍵合層4的厚度基本成線性關(guān)系，對于圖1、圖2(a)、(b)、(c)所示的結(jié)構(gòu)，其對應(yīng)的激光器熱阻與鍵合層4的厚度的變化斜率分別為2.9、1.5、1.4和I。因此，與利用S12等其他介質(zhì)限制的激光器相比，本發(fā)明所提出的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器具有更好的穩(wěn)定性。
[0048]本發(fā)明中，以上所述的【具體實施方式】中提供了一種利用DVS-BCB鍵合技術(shù)的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器結(jié)構(gòu)及制作方案，但本發(fā)明不僅局限于此，可以根據(jù)實際需求和結(jié)構(gòu)設(shè)計對本發(fā)明闡述的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的更改，只要保證激光器被金屬覆蓋即可。比如:
[0049]本實施案例中介紹的是硅基鍵合微環(huán)激光器，實際也可以是微盤，正方形，橢圓或其他多邊形微腔，只要用金屬限制或在微腔中間刻蝕出散熱孔洞并且用金屬限制即可。
[0050]本實施案例中應(yīng)用的III/V半導(dǎo)體外延片結(jié)構(gòu)主要包括三層，實際的外延片結(jié)構(gòu)可以有多層不同的半導(dǎo)體材料組成，對本發(fā)明提出的金屬限制散熱結(jié)構(gòu)沒有影響。
[0051]本實施案例中應(yīng)用的是DVS-BCB鍵合技術(shù)，實際也可以利用直接鍵合方式、金屬鍵合方式或其他聚合物鍵合方法，只要可以將半導(dǎo)體材料與SOI晶片鍵合在一起即可。
[0052]本實施案例中闡述的是InP基的金屬完全限制的微環(huán)激光器，實際也可以是GaAs基或其他材料的半導(dǎo)體激光器。
[0053]本實施案例中利用到的是P電極金屬Ti/Pt/Au和N電極金屬Au/Ge/Ni作為電極和導(dǎo)熱層，在實際結(jié)構(gòu)中也可以利用其他的金屬或熱導(dǎo)率很高的材料作為導(dǎo)熱層。并且，生長的P電極金屬覆蓋層和N電極金屬層的厚度也可以根據(jù)實際要求而不同，金屬層越厚，其激光器的熱阻也越小。
[0054]本實施案例中絕緣隔離層用的是S12,也可以用別的絕緣性材料代替，比如氮化硅等，只要使得絕緣層材料的折射率低即可。
[0055]本實施案例中所用到的半導(dǎo)體器件加工技術(shù)不僅局限于本發(fā)明中所提到的，也可以利用相應(yīng)的技術(shù)代替，只要能達(dá)到相應(yīng)的目的即可。
[0056]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的娃基微腔激光器，其特征在于，包括: 帶有娃波導(dǎo)的SOI晶片； 半導(dǎo)體外延片，其包括底部接觸層和半導(dǎo)體激光器諧振腔；所述半導(dǎo)體激光器諧振腔位于所述底部接觸層上方，且其中間刻蝕形成有散熱通道； 鍵合層，用于鍵合帶有硅波導(dǎo)的SOI晶片和半導(dǎo)體外延片；N電極金屬層，其位于底部接觸層上方，且環(huán)繞形成在所述半導(dǎo)體激光器諧振腔周圍； 絕緣隔離層，其覆蓋在N電極金屬層、底部接觸層以及半導(dǎo)體激光器諧振腔表面； P電極金屬覆蓋層，其位于絕緣隔離層和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，且完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面和散熱通道表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其特征在于，其中，所述帶硅波導(dǎo)的SOI晶片包括: 娃襯底層； 掩埋氧化娃層，其位于娃襯底層的上方； 頂部硅波導(dǎo)，位于掩埋氧化硅層上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其特征在于，其中所述的鍵合層材料為BCB、S12或金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其特征在于，其中所述的底部接觸層為半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其特征在于，半導(dǎo)體激光器諧振腔用于產(chǎn)生激光，包括: 下限制層，位于底部接觸層之上； 有源區(qū)，位于下限制層之上； 上限制層，位于有源區(qū)之上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的娃基微腔激光器,其特征在于,所述半導(dǎo)體激光器諧振腔為微環(huán)、微盤、橢圓或多邊形微腔結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其特征在于，所述散熱通道可以刻蝕至底部接觸層、鍵合層、掩埋氧化硅層或硅襯底層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器，其特征在于，其中所述的P電極金屬覆蓋層位于絕緣隔離層和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，并且完全覆蓋住半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面。
9.一種基于金屬限制散熱結(jié)構(gòu)的硅基微腔激光器的制造方法，其包括: 步驟1、在SOI晶片上刻蝕形成硅波導(dǎo)，并生長半導(dǎo)體外延片； 步驟2、利用鍵合層將所述SOI晶片和半導(dǎo)體外延片鍵合起來； 步驟3、在所述外延片上刻蝕形成半導(dǎo)體激光器諧振腔，并在底部保留一層底部接觸層；同時，在所形成的半導(dǎo)體激光器諧振腔中間刻蝕形成散熱通道； 步驟4、在所述底部接觸層表面制作N電極金屬層，使其環(huán)繞形成在所述半導(dǎo)體激光器諧振腔周圍； 步驟5、生長絕緣隔離層，使其覆蓋在N電極金屬層、底部接觸層以及半導(dǎo)體激光器諧振腔表面； 步驟6、生長P電極金屬覆蓋層，使其形成在絕緣隔離層和半導(dǎo)體激光器諧振腔上方，且完全覆蓋半導(dǎo)體激光器諧振腔側(cè)面和散熱通道表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，N電極金屬層與所述半導(dǎo)體激光器諧振腔具有一定的距離，且所述距離在50 μ m以下。
【文檔編號】H01S5/024GK104283109SQ201410502808
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】隋少帥, 唐明英, 杜云, 黃永箴 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所