專(zhuān)利名稱(chēng)：量子阱混合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及半導(dǎo)體材料中的量子阱混合(QWI)，具體涉及可操作 實(shí)現(xiàn)充分帶隙遷移同時(shí)保持半導(dǎo)體材料的良好表面形態(tài)和材料性質(zhì)的QWI方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，量子阱(QWI)是實(shí)現(xiàn)單片光電子集成的合適方法。量子阱 混合是一種通過(guò)原子物種在升高溫度下在量子阱和阻擋層之間的相互擴(kuò)散從而選擇性改 進(jìn)半導(dǎo)體材料帶隙的后生長(zhǎng)方法。元素在量子阱和相關(guān)阻擋層的相互擴(kuò)散產(chǎn)生一種“混合” 區(qū)域，該區(qū)域的帶隙大于生長(zhǎng)的量子阱的帶隙。QWI技術(shù)的原理基礎(chǔ)是，量子阱是一種本質(zhì) 上不穩(wěn)定的系統(tǒng)，原因在于阱/阻擋層界面上的原子物種濃度的突變。因此在不發(fā)生或幾 乎不發(fā)生QWI ( “非混合”區(qū)域)的量子阱中產(chǎn)生的任何光學(xué)輻射(光)都能從對(duì)該光學(xué)輻 射透明的QWI或“混合”區(qū)域通過(guò)。本發(fā)明人還認(rèn)識(shí)到，量子阱的光學(xué)性質(zhì)和電性質(zhì)在光發(fā)射器、檢測(cè)器、調(diào)制器、濾 光器、放大器、波導(dǎo)、開(kāi)關(guān)之類(lèi)半導(dǎo)體光電子裝置中起到關(guān)鍵作用。將這些部件組裝在單片 光集成電路或光電集成電路中的時(shí)候，沿著光路的帶隙波長(zhǎng)變化是很重要的。而且，即使是 在激光二極管之類(lèi)的分立裝置中，在不同區(qū)域中具有不同的帶隙波長(zhǎng)也能改進(jìn)激光器性能 或可靠性。本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，需要量子阱混合的改進(jìn)方法來(lái)開(kāi)發(fā)改進(jìn)的半導(dǎo)體晶片部 件，尤其是用于激光器應(yīng)用的部件。發(fā)明概述根據(jù)一種實(shí)施方式，提供量子阱混合(QWI)方法。該方法包括以下步驟提供包括 上外延層和下外延層，以及設(shè)置在上外延層和下外延層之間的量子阱層的晶片；在上外延 層之上施加至少一個(gè)犧牲層；通過(guò)在該犧牲層的一部分之上施加QWI加強(qiáng)層從而形成QWI 加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域。QWI加強(qiáng)層之下的部分是QWI加強(qiáng)區(qū)域，其他部分的QWI抑制區(qū) 域。該方法進(jìn)一步包括以下步驟在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域上施加QWI抑制層；在足 以使原子在量子阱層和阻擋層之間的發(fā)生相互擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行退火，該阻擋層是上外延 層和下外延層的一部分。其他實(shí)施方式可包括以下步驟通過(guò)在晶片的一部分上施加包含WN的QWI加強(qiáng) 層，從而形成QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域?？梢栽诰鲜┘覹N膜，或者可以在施加于 晶片上的一個(gè)或多個(gè)犧牲層上施加WN膜。其他實(shí)施方式可包括以下步驟在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域之上施加包含氧 化硅層和氮化硅層的QWI抑制層。
鑒于以下詳細(xì)說(shuō)明以及結(jié)合附圖，能更完整地理解本發(fā)明實(shí)施方式提供的這些和 其他特性。附圖簡(jiǎn)要描述結(jié)合本文揭示的附圖，能以最佳方式理解以下對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施方式
的詳細(xì)說(shuō) 明。附圖包括

圖1是根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方式的半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)的橫截面的橫截面示意圖，該結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在上外延層和下外延層之間的量子阱，外延層包含與量子阱相鄰 的中阻擋層；圖2是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方式在圖1結(jié)構(gòu)之上施加犧牲層的橫截面 示意圖；圖3是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方式在圖2結(jié)構(gòu)之上施加犧牲再生長(zhǎng)層的 橫截面示意圖；圖4是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方式在圖3結(jié)構(gòu)之上施加QWI加強(qiáng)層以及 對(duì)圖3結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行離子處理的橫截面示意圖；圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方式在圖4結(jié)構(gòu)之上施加QWI抑制層的橫 截面示意圖；圖6是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方式在快速熱退火之后的混合量子阱的 橫截面示意圖；圖7是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方式在蝕刻步驟之后的圖6半導(dǎo)體結(jié)構(gòu) 的橫截面示意圖；圖8a是比較根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方式在QWI加強(qiáng)區(qū)域中的量子阱帶隙 的示意圖；和圖8b是比較根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方式在QWI抑制區(qū)域中的量子阱帶隙 的示意圖；附圖中提出的實(shí)施方式是說(shuō)明性的，而不是意圖限制由權(quán)利要求定義的本發(fā)明。 而且，通過(guò)以下詳細(xì)說(shuō)明能更完整地理解附圖和本發(fā)明的各特性。發(fā)明詳述本發(fā)明的實(shí)施方式一般涉及半導(dǎo)體光學(xué)裝置和光電子裝置，具體而非專(zhuān)門(mén)地涉及 半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明尤其是涉及無(wú)雜質(zhì)的量子阱混合(QWI)技術(shù)，這種技術(shù)在加工過(guò)程 中不會(huì)引入任何雜質(zhì)。在一種應(yīng)用中，該技術(shù)可用于制造單波長(zhǎng)1060納米分布的布拉格反 射器(DBR)激光器。QffI提供一種有效改進(jìn)III-V半導(dǎo)體晶片選定區(qū)中的帶隙的方法，從而 在DBR激光器二極管中產(chǎn)生不同功能的不同區(qū)段，如增益、相、DBR區(qū)段，以及透明窗口面。一般參見(jiàn)圖1至圖7，提供一種量子阱混合(QWI)方法，尤其是無(wú)雜質(zhì)的量子阱混 合方法。參見(jiàn)圖1，提供晶片1。晶片1可包括許多種合適的結(jié)構(gòu)。如圖1中所示，晶片1 可以是漸變折射率分離限制異質(zhì)接面結(jié)構(gòu)(GRINSCH)激光器結(jié)構(gòu)，具有夾在上外延層13和 下外延層10之間的應(yīng)變量子阱層11。如本文所用，各外延層可包括多個(gè)子層或部件，例如 但并不限于具有漸變組成的波導(dǎo)層、覆蓋層和阻擋層。在GRINSCH結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施方式中， 波導(dǎo)組合物的帶隙從靠近阻擋層的小的帶隙連續(xù)變化至靠近覆蓋層的大的帶隙。上外延層 13和下外延層10可具有不同的組成如AlxGai_xAS。外延層可具有不同的厚度。例如，上外延層13的厚度可約為1600納米，下外延層的厚度可約為5110納米。類(lèi)似地，量子阱層11 可具有適合于量子阱混合的不同阱尺寸和不同組成。在一種實(shí)施方式中，量子阱層11可包 含InGaAs。確定一種組成是否適合于QWI取決于許多因素，例如量子阱和阻擋層之間的濃 度梯度。例如，在具有980納米量子阱的AlGaAs阻擋層/InGaAs阱的實(shí)施方式中，在小于5 埃的距離之內(nèi)，銦濃度可以從18%變化至0。一般參見(jiàn)圖8a和8b，這種突變的濃度梯度在 升高溫度下導(dǎo)致原子物種擴(kuò)散，從而使量子阱11合金和外延層10、13合金發(fā)生相互擴(kuò)散。 這種情況導(dǎo)致阱和帶隙發(fā)生圖8a所示的銳變?？梢酝ㄟ^(guò)在量子阱界面附近存在雜質(zhì)、缺陷 或空穴來(lái)顯著提高這種原子擴(kuò)散速率?？臻g變化的空穴提供了一種選擇性提高擴(kuò)散和選擇 性改進(jìn)帶隙的方式。為了簡(jiǎn)化討論，本發(fā)明針對(duì)具有一個(gè)量子阱的半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)描述 量子阱相互擴(kuò)散；但是設(shè)想相互擴(kuò)散可以在包括多個(gè)量子阱的半導(dǎo)體激光器系統(tǒng)中發(fā)生。 參見(jiàn)圖2的實(shí)施方式，犧牲層21在晶片1的上外延層13之上生長(zhǎng)。如本文所用， 術(shù)語(yǔ)“之上”表示一個(gè)層施加，但不必直接施加在另一個(gè)層之上。在本發(fā)明中，設(shè)想附加插 入層。而且，術(shù)語(yǔ)“之上”并不要求該層覆蓋整個(gè)表面，可以包括僅僅部分覆蓋。犧牲層21 可包括厚度約為20納米的GaAs。根據(jù)激光器應(yīng)用或者晶片1的組成，其他組合物厚度可 能是有利的?？刹捎酶鞣N技術(shù)生長(zhǎng)或沉積犧牲層21，例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)。 在晶片上生長(zhǎng)犧牲層21之后，可以從金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)系統(tǒng)中卸載晶片1和 其上的犧牲層21，然后接觸大氣環(huán)境足夠長(zhǎng)的時(shí)間(例如幾小時(shí))。設(shè)置犧牲層21以防止在后續(xù)QWI過(guò)程中在上外延層13的表面上形成缺陷。在常 規(guī)過(guò)程中，QWI和其他相關(guān)加工步驟可能在晶片1上，例如在晶片1的上外延層13上產(chǎn)生 差的表面形態(tài)。例如，在沉積(濺射或PECVD) QffI加強(qiáng)層31 (如圖4所示)和/或沉積QWI 抑制層41(如圖5所示)的過(guò)程中可能導(dǎo)致?lián)p壞。而且，在高溫退火過(guò)程中，半導(dǎo)體和介電 膜之間的反應(yīng)或相互擴(kuò)散可能導(dǎo)致差的表面形態(tài)。差的表面形態(tài)使晶體品質(zhì)變差，并對(duì)激 光器加工和操作產(chǎn)生負(fù)面影響。要對(duì)抗這種差的形態(tài)，犧牲層21會(huì)吸收由這些加工導(dǎo)致的 損壞，從而保護(hù)晶片1以免損壞，所述犧牲層21通常在QWI步驟之后通過(guò)蝕刻去除。參見(jiàn)圖3，可以在犧牲層21之上施加犧牲再生長(zhǎng)層22。類(lèi)似于犧牲層21，犧牲再 生長(zhǎng)層22也可以通過(guò)金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或其他合適沉積技術(shù)施加。在一些 實(shí)施方式中，犧牲再生長(zhǎng)層22可具有與犧牲層21相同的組成，如GaAs ；但是，本文還設(shè)想 了其他組成。類(lèi)似地，犧牲再生長(zhǎng)層22可按需要具有不同的厚度。在圖3的實(shí)施方式中， 犧牲再生長(zhǎng)層22可包含厚度約為130納米的GaAs組合物。犧牲再生長(zhǎng)層22可用作附加的加強(qiáng)層，因?yàn)閷?1和22之間的再生長(zhǎng)界面可增強(qiáng) QW加強(qiáng)層之下的空穴擴(kuò)散。以下提供關(guān)于加強(qiáng)層以及空穴和缺陷對(duì)原子相互擴(kuò)散的重要性 的更多細(xì)節(jié)。在其他實(shí)施方式中，使用多個(gè)犧牲再生長(zhǎng)層以便促進(jìn)QWI過(guò)程中的空穴擴(kuò)散 可能是有利的。參見(jiàn)圖4的實(shí)施方式，可以在犧牲再生長(zhǎng)層22的一部分上施加QWI加強(qiáng)層31。在 不包括施加再生長(zhǎng)犧牲層22和/或犧牲層21的實(shí)施方式中，還可以在晶片1的犧牲層21 或上外延層13之上施加QWI加強(qiáng)層31。如圖4所示，晶片1和其上各層在QWI加強(qiáng)層31 之下的部分是QWI加強(qiáng)區(qū)域。剩余部分或剩余部分的至少一部分是QWI抑制區(qū)域?？赏ㄟ^(guò) 各種合適技術(shù)施加QWI加強(qiáng)層31，例如射頻偏置濺射(frequency biased sputtering)、磁 KiWiiM (magnetron sputtering) >^tifHSiM (active biased sputtering) ^^ 合。QWI加強(qiáng)層31可包含任何適合形成空穴或缺陷的組合物，以促進(jìn)高溫退火時(shí)的原子相 互擴(kuò)散。在一種實(shí)施方式中，QWI加強(qiáng)層31包含氮化鎢(WN)。因?yàn)榈u是具有高熔點(diǎn)的 硬質(zhì)、致密、化學(xué)惰性、熱穩(wěn)定的化合物，是非常有效的QWI加強(qiáng)層31的材料。致密的固體 WN膜能有效保護(hù)半導(dǎo)體表面以免發(fā)生分解，同時(shí)其化學(xué)惰性使WN膜與其相鄰層之間的反 應(yīng)最小化。而且，WN膜的高熱穩(wěn)定性有利于QWI相關(guān)的高溫退火步驟。WN膜的微結(jié)構(gòu)也是有利的，尤其是在高 溫時(shí)。在QWI過(guò)程中，相互混合過(guò)程中的藍(lán) 移(即QWI過(guò)程中帶隙的變化)很大程度上取決于原子(如Ga)空穴擴(kuò)散。在高退火溫度 下(如大于700°C時(shí))，WN膜的微結(jié)構(gòu)變成良好限定的柱狀結(jié)構(gòu)，有微小晶粒垂直地延伸通 過(guò)膜的整個(gè)厚度。這種柱狀結(jié)構(gòu)很大程度上增加了下方外延層的Ga空穴，從而促進(jìn)加強(qiáng)區(qū) 域中的量子阱帶隙波長(zhǎng)的藍(lán)移。在其他示例實(shí)施方式中，濺射沉積之后，QWI加強(qiáng)層31可經(jīng)歷附加的處理步驟。例 如，可使用光刻法對(duì)QWI加強(qiáng)層31進(jìn)行圖案化。在其他實(shí)施例中，可使用濕蝕刻或干蝕刻 對(duì)QWI加強(qiáng)層31的一部分進(jìn)行蝕刻。蝕刻有助于界定在加強(qiáng)區(qū)域和抑制區(qū)域之間的邊界。如上所述，通過(guò)將犧牲再生長(zhǎng)層22用作附加的加強(qiáng)層從而有助于QWI加強(qiáng)層31。 QWI加強(qiáng)層的濺射沉積在犧牲再生長(zhǎng)層22中產(chǎn)生原子空穴或缺陷，很大程度上有助于高溫 退火過(guò)程中的原子相互擴(kuò)散。通過(guò)在相鄰的加強(qiáng)層之間形成多重再生長(zhǎng)界面，將在很大程 度上增加量子阱11的加強(qiáng)區(qū)域中的帶隙遷移。參見(jiàn)圖5，本發(fā)明的方法還包括在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域之上施加QWI抑 制層41。如圖5的實(shí)施方式中所示，QffI抑制層41可接觸QWI加強(qiáng)層31和犧牲再生長(zhǎng)層 22。在其他實(shí)施方式中，尤其是不包括犧牲層21和/或22的實(shí)施方式中，QffI抑制層41可 接觸犧牲層21或上外延層13。QWI抑制層41可包含不同的合適組合物，例如基于硅的組 合物。如圖5實(shí)施方式中所示，QWI抑制層41可包括氮化硅層和氧化硅層。設(shè)想QWI抑制 層41可包括獨(dú)立的氮化硅(SixNy)和氧化硅(SiO2)層，或者可包括其中分布了這兩種組合 物的單獨(dú)一個(gè)雜化層?？赏ㄟ^(guò)各種沉積技術(shù)施加QWI抑制層41，例如(PECVD)等離子體增 強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積。在一種實(shí)施方式中，QWI加強(qiáng)層可包括厚度為100納米的SixNy膜和厚 度為200納米的SiO2膜。在操作中，氮化硅用作抑制蓋(cap)，而在其上提供的氧化硅層補(bǔ)償因?yàn)楦邷赝嘶?導(dǎo)致的應(yīng)力，并且保持QWI抑制層41的完整性。氮化硅還提供其他益處，因?yàn)樗芎?jiǎn)單地 去除，不會(huì)在半導(dǎo)體表面上留下缺陷或過(guò)多的材料。而且，氮化硅能在高溫退火過(guò)程中保護(hù) 下方晶體性質(zhì)，這對(duì)于高性能結(jié)構(gòu)而言是有利的。在其他實(shí)施方式中，可以在施加QWI抑制層41之前進(jìn)行預(yù)處理步驟。例如，在施 加QWI抑制層41之前，抑制區(qū)域的表面如犧牲再生長(zhǎng)層22可以經(jīng)歷離子處理。離子處理 去除因?yàn)槭┘観WI加強(qiáng)層31而導(dǎo)致的濺射引發(fā)的表面缺陷。濺射引發(fā)的表面缺陷是加強(qiáng) 區(qū)域中帶隙遷移的驅(qū)動(dòng)力；但是，抑制區(qū)域?qū)で笫惯@些帶隙遷移最小化。因此，可能需要使 用處理工藝如離子處理從而去除抑制區(qū)域中的這些表面缺陷。參見(jiàn)圖4，離子處理工藝可使 用高能離子(energized ion)如氬離子去除幾百埃的表面層，從而產(chǎn)生經(jīng)過(guò)離子處理的表 面32。利用離子處理過(guò)程，并且利用基于硅的QWI抑制層41減小抑制區(qū)域中不利的帶隙波 長(zhǎng)遷移，從而盡可能增大QWI之后量子阱的加強(qiáng)區(qū)域和抑制區(qū)域之間的帶隙差。參見(jiàn)圖6的實(shí)施方式，然后通過(guò)在足以使在量子阱層11和作為上外延層與下外延層的一部分的附近阻擋層之間的原子發(fā)生相互擴(kuò)散的溫度下對(duì)已涂覆晶片1進(jìn)行退火，進(jìn) 行量子阱混合步驟。參見(jiàn)圖7，這種相互擴(kuò)散在加強(qiáng)區(qū)域中產(chǎn)生混合阱12。本文設(shè)想了各 種工藝時(shí)間和溫度。在一種實(shí)施方式中，已涂覆晶片可以在850°C的溫度下加熱4次，每次 35秒。QffI退火步驟之后，該方法可包括對(duì)犧牲層以及晶片1犧牲層上的所有層進(jìn)行蝕 刻的步驟。該蝕刻步驟可包括各種合適的技術(shù)，例如濕蝕刻或干蝕刻。本文中還設(shè)想了其 他過(guò)程，例如柵極制造過(guò)程。晶體組成物種在阱和阻擋層之間擴(kuò)散導(dǎo)致產(chǎn)生量子阱混合。這種擴(kuò)散過(guò)程由Fick 定律控制 J=-DaN/aX
其中J是沿?cái)U(kuò)散方向X的擴(kuò)散通量，N是物種的體積濃度。D定義為擴(kuò)散系數(shù)，可 以用Arrhenius式表達(dá)D = D0exp [_E0/kT]參見(jiàn)圖7，在升高的溫度下，加強(qiáng)區(qū)域中的擴(kuò)散系數(shù)D因?yàn)橐韵乱蛩囟黠@增大， 艮口，在偏置濺射產(chǎn)生的GaAs表面頂部的Ga空穴的高濃度以及用作Ga匯合部(sink)以促 進(jìn)空穴相互擴(kuò)散的WN膜的獨(dú)特柱狀微結(jié)構(gòu)。正是由于空穴擴(kuò)散導(dǎo)致阻擋層和阱之間的原 子相互擴(kuò)散明顯增加，從而使量子阱加強(qiáng)區(qū)域產(chǎn)生形狀變化，如圖8a所示。在顯著缺乏這 些缺陷或空穴的抑制區(qū)域中，擴(kuò)散系數(shù)遠(yuǎn)小于加強(qiáng)區(qū)域中的擴(kuò)散系數(shù)。結(jié)果是，抑制區(qū)域中 的量子阱形狀證明如圖8b中所示退火之前和之后幾乎沒(méi)有變化。參見(jiàn)圖8a和8b，加強(qiáng)區(qū) 域中量子阱的帶隙在退火之后從Egtl增大至Ega，但是抑制區(qū)域中的帶隙在退火之后幾乎沒(méi) 有變化。本文設(shè)想了最大至100納米的帶隙遷移。在一種示例實(shí)施方式中，使用光致發(fā)光 (PL)測(cè)量分析與圖7類(lèi)似的結(jié)構(gòu)，以評(píng)價(jià)加強(qiáng)區(qū)域和抑制區(qū)域之間的帶隙遷移。在實(shí)驗(yàn)中， 量子阱的抑制區(qū)域在退火之后的帶隙波長(zhǎng)為1045納米。相反，量子阱的加強(qiáng)區(qū)域在退火之 后的帶隙波長(zhǎng)為983納米，從而證明帶隙遷移差值約為62納米。還發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生480 毫瓦的創(chuàng)記錄的高單模輸出功率。如上所述，通過(guò)本發(fā)明QWI方法形成的結(jié)構(gòu)可用于制造DBR激光器。量子阱11的 混合區(qū)段12將作為DBR和相區(qū)段以及DBR激光器二極管中的透明窗口面進(jìn)行加工。沒(méi)有 或幾乎沒(méi)有帶隙遷移的抑制區(qū)將成為DBR激光器二極管中的增益區(qū)段。在DBR制造的一種 實(shí)施方式中，可使用光刻法對(duì)晶片再次進(jìn)行圖案化，以限定DBR/相/增益/窗口區(qū)段。隨 后，可以將晶片裝載進(jìn)MOCVD反應(yīng)器中，進(jìn)行上外延層和接觸層再生長(zhǎng)。再生長(zhǎng)之后，晶片 經(jīng)歷標(biāo)準(zhǔn)DBR激光器過(guò)程，以形成DBR激光器。對(duì)DBR激光器設(shè)想了其他的結(jié)構(gòu)部件和層。 在其他設(shè)計(jì)中，還可根據(jù)激光器應(yīng)用使用其他層例如蝕刻停止層和柵極層。參考具體實(shí)施方式
詳細(xì)描述本發(fā)明之后，顯然可以在不背離所附權(quán)利要求限定的 本發(fā)明范圍的條件下進(jìn)行修改和變化。更具體來(lái)說(shuō)，雖然本文作為優(yōu)選或特別有利的方式 確定了本發(fā)明的一些方面，但是，設(shè)想本發(fā)明不一定限于這些優(yōu)選方面。
權(quán)利要求
一種量子阱混合(QWI)方法，其包括提供包括上空間層和下空間層，以及至少一個(gè)設(shè)置在上外延層和下外延層之間的量子阱層的晶片，其中上外延層和下外延層各自包括阻擋層；在上外延層之上施加至少一個(gè)犧牲層；通過(guò)在犧牲層的一部分上施加QWI加強(qiáng)層從而形成QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域，其中QWI加強(qiáng)層之下的部分是QWI加強(qiáng)區(qū)域，另一部分是QWI抑制區(qū)域；在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域之上施加QWI抑制層；和在足以使原子在至少一個(gè)量子阱層和上外延層與下外延層的阻擋層之間發(fā)生相互擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行退火。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述晶片是漸變折射率分離限制異質(zhì)接面 結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一個(gè)量子阱層包含InGaAs。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述上外延層和下外延層包含AlxGai_xAs。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述上外延層和下外延層包括阻擋層、波導(dǎo)和覆蓋層。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置所述犧牲層從而防止在上外延層表面 上形成缺陷。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在犧牲層之上施加一 個(gè)或多個(gè)犧牲再生長(zhǎng)層，所述犧牲再生長(zhǎng)層可用作附加的加強(qiáng)層。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，QWI加強(qiáng)層的濺射沉積在再生長(zhǎng)犧牲層中產(chǎn) 生原子空穴。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在施加犧牲再生長(zhǎng)層 之前，使?fàn)奚鼘咏佑|大氣環(huán)境。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述犧牲層和犧牲再生長(zhǎng)層包含GaAs。
11.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述犧牲層和犧牲再生長(zhǎng)層通過(guò)金屬有機(jī) 化學(xué)氣相沉積(MOCVD)施加。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述犧牲層厚度約為20納米，所述犧牲再 生長(zhǎng)層厚度約為130納米。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在退火步驟之后，對(duì) 犧牲層以及犧牲層上的所有層進(jìn)行蝕刻。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在施加QWI抑制層之 前，對(duì)抑制區(qū)域的表面進(jìn)行離子處理。
15.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述QWI加強(qiáng)層包含WN。
16.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)射頻偏置濺射、磁控管濺射、活性偏置 濺射或其組合施加QWI加強(qiáng)層。
17.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括使用光刻法對(duì)QWI加 強(qiáng)層進(jìn)行圖案化。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括對(duì)QWI加強(qiáng)層的一部 分進(jìn)行蝕刻。
19.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述QWI抑制層包括氮化硅層和氧化硅層。
20.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，通過(guò)(PECVD)等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉 積施加QWI抑制層。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，原子的相互擴(kuò)散在QWI加強(qiáng)區(qū)域中產(chǎn)生最 高約為100納米的帶隙遷移，在QWI抑制區(qū)域中基本沒(méi)有產(chǎn)生帶隙遷移。
22.DBR激光器，通過(guò)如權(quán)利要求1所述的方法形成。
23.如權(quán)利要求22所述的DBR激光器，其特征在于，QWI加強(qiáng)區(qū)域中的量子阱部分可用 作DBR區(qū)段、相區(qū)段、透明窗口面或其組合，QWI抑制區(qū)域中的量子阱部分可用作增益區(qū)段。
24.一種量子阱混合(QWI)方法，其包括提供包括上外延層和下外延層的晶片，以及設(shè)置在上外延層和下外延層之間的量子阱 層的晶片，其中上外延層和下外延層各自包括阻擋層、波導(dǎo)層和覆蓋層；通過(guò)在晶片的一部分之上施加包含WN的QWI加強(qiáng)層從而形成QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑 制區(qū)域，其中該晶片的一部分是QWI加強(qiáng)區(qū)域，另一部分是QWI抑制區(qū)域；在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域之上施加QWI抑制層；和在足以使在所述至少一個(gè)量子阱層和上外延層與下外延層的阻擋層之間的原子發(fā)生 相互擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行退火。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，通過(guò)射頻偏置濺射、磁控管濺射、活性偏 置濺射或其組合施加QWI加強(qiáng)層。
26.一種量子阱混合(QWI)方法，其包括提供包括上外延層和下外延層，以及設(shè)置在上外延層和下外延層之間的量子阱層的晶 片，其中上外延層和下外延層各自包括阻擋層、波導(dǎo)層和覆蓋層；通過(guò)在晶片的一部分之上施加QWI加強(qiáng)層從而形成QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域，其 中晶片的一部分是QWI加強(qiáng)區(qū)域，另一部分是QWI抑制區(qū)域；在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域之上施加包括氮化硅層和氧化硅層的QWI抑制層；和在足以使在所述至少一個(gè)量子阱層和上外延層與下外延層的阻擋層之間的原子發(fā)生 相互擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行退火。
全文摘要
量子阱混合(QWI)方法的實(shí)施方式，該方法包括提供具有上外延層和下外延層(10、13)的晶片(1)，各外延層包括阻擋層，設(shè)置在上外延層和下外延層(10、13)之間的量子阱層(11)；在上外延層之上施加至少一個(gè)犧牲層(21)；通過(guò)在犧牲層的一部分之上施加QWI加強(qiáng)層(31)從而形成QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域，其中，QWI加強(qiáng)層(31)之下的一部分是QWI加強(qiáng)區(qū)域，另一部分是QWI抑制區(qū)域。該方法進(jìn)一步包括在QWI加強(qiáng)區(qū)域和QWI抑制區(qū)域之上施加QWI抑制層(41)的步驟，以及在足以使量子阱層(11)和上外延層與下外延層(10、13)的阻擋層之間的原子發(fā)生相互擴(kuò)散的溫度下進(jìn)行退火的步驟。
文檔編號(hào)H01L21/18GK101849277SQ200880115390
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月1日
發(fā)明者C-E·扎, K·宋, Y·李 申請(qǐng)人:康寧股份有限公司