书籍：《炬丰科技-半导体工艺》
文章：InGaAs激光二极管在精确的锗硅衬底上
编号：JFKJ-21-
作者：华林科纳
本文开发了一种铟镓砷量子阱()锗硅“虚拟衬底”上无截止角的阱激光二极管，在77K的低温下，发射波长为纳米的连续波激光是可能的。纳米波长的室温激光仅限于脉冲模式。
通常情况下，诸如()取向硅上的铟镓砷(InGaAs)之类的ⅲ-ⅴ族材料以4°–6°的显著截止角生长，以避免反相边界的形成，这对于沉积在非极性衬底上的极性材料来说是一个问题。然而，切角使硅电子学和光子学的集成变得复杂。此外，锗(Ge)缓冲层通常用于调节III-V异质结构与硅的晶格失配，但是在切下的硅上的Ge通常质量较低。最后，当将最终器件切割成激光条以获得高质量的镜面时，切掉的衬底会导致困难。
通过固体源分子束外延(SS-MBE)生产了他们的锗/硅“虚拟衬底”。氮硅衬底具有()晶体取向，具有较小的偏角小于0.5。使用了两步工艺，包括在℃沉积50纳米锗，然后在℃沉积其余的锗。薄层生长允许通过失配位错进行应变弛豫。较高的温度生长在较厚的层中产生更好的晶体质量材料。
在最初的平面化缓冲层中，使用了两个砷化铝(AlAs)嵌入物来减少AlAs锗间的相互扩散并过滤掉缺陷。AlAs层还将表面粗糙度降低了两倍。由于使用了截止角接近于零的衬底，因此存在一些反相边界。缓冲层中的APB密度约为0.6个/米。整个结构生长后，密度为0.3个/米。这些APB密度值明显小于在精确取向的非极性硅()衬底上生长极性材料时获得的典型值。认为APBs的影响不是影响生长的A3B5/Ge/Si()光学性能的主要关键因素结构。
激光二极管(图1)被制造成具有金-锗-镍-金(n型)和铬金的20米宽和米宽的有源区平面欧姆接触(p型)。衬底被减薄到80米。材料被切割成2.7毫米长的带镜面的条。
图1
图2
在77K的电流注入下(图2)，纳米波长的发射峰从阈值以下30纳米变窄到阈值以上不到1纳米。室温(千)纳米发射为95纳米宽于阈值以下，窄于阈值以上1毫米以下。在77K产生激光的阈值是A/cm2，对于连续波操作来说足够低。在千伏时，只有约5.5千安/平方厘米阈值的脉冲操作是可能的。