如何獲得高質(zhì)量的晶面作為激光器震蕩用的腔面

將InGaN基激光器直接生長(zhǎng)在硅襯底材料上，為GaN基光電子器件與硅基光電子器件的有機(jī)集成提供了可能。另一方面，自1996年問世以來，InGaN基激光器在二十多年里得到了快速的發(fā)展，其應(yīng)用范圍遍及信息存儲(chǔ)、照明、激光顯示、可見光通信、海底通信以及生物醫(yī)療等領(lǐng)域。目前幾乎所有的InGaN基激光器均是利用昂貴的自支撐GaN襯底進(jìn)行制備，限制了其應(yīng)用范圍。硅襯底具有成本低、熱導(dǎo)率高以及晶圓尺寸大等優(yōu)點(diǎn)，如果能夠在硅襯底上制備InGaN基激光器，將有效降低其生產(chǎn)成本，從而進(jìn)一步推廣其應(yīng)用。

由于GaN材料與硅襯底之間存在著巨大的晶格常數(shù)失配和熱膨脹系數(shù)失配，直接在硅襯底上生長(zhǎng)GaN材料會(huì)導(dǎo)致GaN薄膜位錯(cuò)密度高并且容易產(chǎn)生裂紋，因此硅襯底InGaN基激光器難以制備。

中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員楊輝領(lǐng)導(dǎo)的III族氮化物半導(dǎo)體材料與器件研究團(tuán)隊(duì)，采用AlN/AlGaN緩沖層結(jié)構(gòu)，有效降低位錯(cuò)密度的同時(shí)，成功抑制了因硅與GaN材料之間熱膨脹系數(shù)失配而常常引起的裂紋，在硅襯底上成功生長(zhǎng)了厚度達(dá)到6 μm左右的InGaN基激光器結(jié)構(gòu)，位錯(cuò)密度小于6×108 cm-2，并通過器件工藝，成功實(shí)現(xiàn)了世界上首個(gè)室溫連續(xù)電注入條件下激射的硅襯底InGaN基激光器，激射波長(zhǎng)為413 nm，閾值電流密度為4.7 kA/cm2。

以上硅襯底的激光器是做出來了，但是如何獲得高質(zhì)量的晶面作為激光器震蕩用的腔面呢？

我們知道多晶和單晶的區(qū)別，多晶硅沒有一定晶向，晶體生長(zhǎng)是沒有秩序的，單晶如下圖右，因此在解離時(shí)可以沿著某一條結(jié)合力弱的晶向裂開。

常規(guī)的激光器襯底多用襯底的自然解離晶面作為激光器芯片的腔面，硅的解理面（111）面為天然易劈裂面，由硅片劈裂形狀也能判斷出硅片的晶面。在（100）面上，（100）面與（111）面相交成呈90°角，因此（100）面硅片劈裂時(shí)裂紋呈矩形形狀;而（111）面和其他（111）面相交呈60°角，因此（111）面硅片劈裂時(shí)裂紋呈三角形形狀。

但是我們采用硅襯底做激光器外延的襯底就是想在同一個(gè)硅片上做更多的功能器件一起完成激光的產(chǎn)生、傳輸、信號(hào)處理等集成設(shè)計(jì)，因此不能直接進(jìn)行劈裂處理，否則也失去用硅做襯底的應(yīng)用意義。

如下圖，LD外延ok之后，通過芯片制作工藝制備脊型激光器芯片，最后采用干法刻蝕出激光器的腔面。但是ICP等工藝制備出來的側(cè)面腔面多是很粗糙的腔面，不能有效形成激光器震蕩的腔面，因此需要進(jìn)一步的降低腔面的粗糙度。因此采用化學(xué)腐蝕的方法。

通常的藥液選用KOH來腐蝕GaN基的芯片外延。但是KOH的腐蝕性又太強(qiáng)，且和SiO2可以反映，SiO2在芯片工藝段常被用作LD芯片的鈍化層使用，因此不能收到KOH的刻蝕。

該方法采用TMAH作為處理液。

TMAH處理過LD閾值電流降低。

文中把TMAH加熱到85℃去腐蝕，這事還是挺危險(xiǎn)的，畢竟這個(gè)溶液有腐蝕性而且有毒，小伙伴們悠著點(diǎn)，蘇州納米所經(jīng)常做一些無所不用其極的創(chuàng)新。

責(zé)任編輯：haq