[发明专利]一种量子阱混合方法

说明书

技术领域

本发明涉及制作基于化合物半导体的多功能单片集成的光子回路的方法， 特别是涉及利用氮等离子体诱导的一种量子阱混合方法。

背景技术

随着光电子器件和光纤技术的不断发展，光子集成回路(PIC)和光电子集 成回路(OEIC)越来越受到人们的重视。为了实现激光、调制、探测和无源波 导等不同功能光电子元件在同一基片上的光电集成，传统的方法需要多次选择 性外延生长(Etch-and-Regrowth)，或在经初始刻蚀结构的基片上生长(Selective Area Epoitaxy)，这些技术不仅工艺复杂、成本高昂，而且可能因为衔接部位晶 体质量欠佳，从而影响整个有源器件的性能和可靠性。

近30年来，发展出了一种被称为量子阱混合(QWI)的新方法，在生长后晶 片的局部区域改变量子阱的能带，以便实现不同功能的光电子元件在同一芯片上 的集成。这种方法能够大大简化集成器件的制作工艺。它通过在量子阱层附近 引入缺陷，继而退火促进量子阱阱层与垒层的相互扩散，达到改变能带结构的 目的。根据引入缺陷方法的不同，可以分类为以下几种方法：杂志诱导无序(IID)， 光吸收诱导无序(PAID)，离子注入诱导无序(IICD)，无杂质空位扩散(IFVD) 等等。

另一种氩等离子体诱导的量子阱混合技术，它利用氩等离子体作为等离子 源局部处理包含量子阱结构的化合物半导体晶片的外延层表面，在表面产生一 定缺陷，接着通过快速退火使缺陷扩散到量子阱区域，导致量子阱和垒的原子 成分在界面处混合，从而改变量子阱的能带结构。

上述氩等离子体诱导的量子阱混合技术的不足之处是：氩等离子体轰击量 子阱片表面时会引入非常大的刻蚀作用，使得量子阱片的表层被轰击变薄甚至 刻穿。但是以上文献没有考虑这种刻蚀深度的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量子阱混合方法，利用氮等离子体诱导，不会 使得量子阱片的表层被轰击变薄甚至刻穿。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

利用氮等离子体作为等离子源局部处理包含量子阱结构的化合物半导体晶 片的牺牲层表面，在牺牲层表面产生晶格缺陷，接着通过快速退火使部分晶格 缺陷扩散到量子阱区域，导致量子阱和垒的成分在界面处混合，从而改变量子 阱区域的能带结构。

其中氮等离子体是由感应耦合等离子体刻蚀机产生，所述感应耦合等离子 体刻蚀机的气体流量为10～200sccm，感应耦合等离子体功率为1～500w，射频功 率为1～3000w，腔体压力为1～80mTorr，腔体温度为20～80摄氏度，处理时间为 30秒～15分钟。

所述快速退火的温度为600～800摄氏度，时间为30秒～2分钟。

所述化合物半导体晶片包含InGaAsP/InP量子阱区域。

所述牺牲层的作用是使得等离子体处理产生的晶格缺陷限制在这层牺牲层 内，所述牺牲层在快速退火后被去掉。

本发明具有的有益效果是：

本发明克服了氩等离子体诱导的量子阱混合技术中，刻蚀作用的负面影响， 不会使得量子阱片的表层被轰击变薄甚至刻穿，为工艺带来便利。

附图说明

图1是多量子阱层状结构的示意图；

图2是氮等离子体诱导的量子阱混合工艺示意图；

图3是量子阱混合前后的能带结构示意图；

图4是退火温度和PL峰值波长偏移之间的关系图；

图5是量子阱混合前后的PL谱线示意图；

图中：11、晶格缺陷，12、牺牲层，13、外延层，14、量子阱区域，15、 衬底，100、量子阱阶跃能带，110、量子阱渐变能带。

具体实施方式