[发明专利]一种背向集成激光器件及其制造方法

说明书

本发明涉及一种背向集成激光器件，包括基底、基底内设的波导结构、有源激光器件，有源激光器件通过半导体材料层与基底键合，有源激光器件上部设有第一金属电极，基底内设有第二金属电极结构，第二金属电极结构位于波导结构两侧且与波导结构不接触；第二金属电极结构上方全部或部分覆盖有有源层。本发明还涉及上述激光器件的制造方法，包括，对SOI晶圆进行前段工艺，形成耦合波导，在激光器耦合波导两侧沉积互联金属；将SOI晶圆与载体晶圆键合；去除SOI晶圆上衬底，将BOX层减薄至目标值；制作金属层电极；与外延片键合；对外延片进行图形化处理。本发明的一种背向集成激光器件的制造方法，降低器件电阻，提高器件效率。

技术领域

本发明涉及集成激光器技术领域，特别是一种背向集成激光器件及其制造方法。

背景技术

背向集成激光器例如异质集成III-V激光器被认为是硅基片上光源的一种解决方案。而以CEA-Leti为代表的背向式激光器集成方法，能够与原有硅光前后段工艺兼容。与传统III-V激光器一样，异质集成激光器的性能受到器件串联电阻、缺陷态非辐射复合以及热效应等因素的制约，容易导致异质集成激光器输出小、效率低，同时耗能较大。如何实现高效、低耗的集成激光器，一直是人们的研究重点。

而背向集成激光器的现有技术中，一般是硅光器件制作完成后，激光器与其进行键合，最后图形化处理，形成接触电极。其存在如下缺陷：

1、Ⅲ-V激光器性能受热效应影响较大。上述集成结构中，受限于激光器与载体晶圆之间较厚的SiO₂，激光器的散热受限，容易造成激光器阈值电流的增大和输出功率的降低；

2、上述集成激光器结构中，由于半导体层厚度较薄（大约100nm），且横向长度较长（大约10μm），成为器件中电阻的主要来源。较高的电阻容易产生更多的焦耳热，不利于器件的性能提升；

3、相关电极的制作，涉及到有源区的刻蚀，容易在有源区的刻蚀端面引入缺陷，在载流子注入过程中，造成非辐射复合，降低电流注入效率。

因此，期望提供一种背向集成激光器的高效、低耗制造方法。

发明内容

为解决上述全部或部分目的，本发明提供一种背向集成激光器件的制造方法，此方法可以缓解键合工艺热预算的限制，可在一定程度上减少接触电阻，降低工艺的复杂性。

为达到上述发明全部或部分的目的，一种背向集成激光器件的制造方法，主要步骤包括，

第一步、对SOI晶圆进行前段工艺，于氧化硅层内形成波导结构，在硅光后段工艺中，在激光器件波导结构两侧挖槽沉积互联金属层；

第二步、将SOI晶圆与载体晶圆进行键合；去除SOI晶圆上衬底，可以根据需要将SOI晶圆上的二氧化硅层即BOX层减薄至目标值，在常规半导体工艺条件下，一般减至500nm以下；如果二氧化硅层在可接受范围内，可以不减薄。于互联金属层相应位置挖槽至互联金属层，并制作金属层电极，并与所述波导两侧的所述互联金属导通形成第二金属电极结构。在本工艺步骤中，为了方便后续工艺，可以于将SOI晶圆与载体晶圆进行键合工艺后续任何一步中，将将键合后的SOI晶圆翻转180°；当然，也可以根据实际工艺需要，将晶圆翻转回去；

第三步、将基底二氧化硅层面与外延片键合；形成有源激光器件，于有源激光器件上端制作金属电极形成第一金属电极。

本发明中，由于在器件底部形成成第二金属电极结构，可以减小成第二金属电极结构与器件之间的横向长度，从而降低器件电阻。同时，由于第二金属电极结构的制作，可使得有源区的刻蚀端面远离外延片刻蚀端面之外，例如有源层全部或部分覆盖第二金属电极结构之外，可有效降低有源区端面缺陷造成的非辐射复合，提高载流子注入效率。

具体地，对SOI晶圆进行前段工艺的具体工艺步骤包括但不限于为光刻、刻蚀等，形成激光器耦合波导，然后沉积介质层；所述硅光后段工艺的具体步骤为光刻、刻蚀、互联金属沉积、金属化学机械抛光。将SOI晶圆上的二氧化硅层减薄工艺可以采用化学研磨，优选减薄至50nm，以实现激光器与硅波导的耦合。