基于亲水表面处理的GaAs/GaN晶片直接键合

对晶片进行亲水表面处理,在氮气保护下500℃热处理10min,成功实现GaAs与GaN晶片的直接键合,键合质量较好.扫描电子显微镜观测结果表明,键合界面没有空洞.光致发光谱观测结果表明,键合工艺对晶体内部结构的影响很小.可见光透射谱测试结果表明,键合界面具有良好的透光特性.GaAs与GaN晶片直接键合的成功,为实现GaAs和GaN材料的集成提供了实验依据.

化合物半导体晶片和器件键合技术进展

半导体晶片直接键合技术已成为半导体工艺的一门重要技术 ,它对实现不同材料器件的准单片集成、光电子器件的性能改善和新型半导体器件的发展起了极大的推动作用。文中详细叙述了近十年来 - 族化合物半导体键合技术的主要实验方法 ,并对各种键合方法的优缺点进行了比较 ,结合自己的工作对化合物半导体的键合机理和界面特性做了总结 。

直接键合微腔结构的光谱特性

采用直接键合方法制备了法布里-珀罗共振微腔结构,并用传输矩阵方法对其反射光谱进行了理论模拟.通过构造键合界面两侧多层薄膜材料的光学厚度呈现指数规律变化的模型,分析了键合效应对微腔结构光学特性的影响.结果表明:在较低退火温度下(如580℃)进行直接键合有利于高光学性能微腔结构的制备,而提高退火温度则需要在键合结构中加入缺陷阻挡层以提高键合质量.

键合技术的研究进展及应用

晶片直接键合技术是材料集成的一项新工艺,是近年来集成光电子领域的研究热点之一。利用键合技术可以集成晶格或晶向失配的材料,制造传统外延生长技术不能制造的结构和器件。概括介绍了近年来Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体材料键合技术的最新研究进展及其在光电子器件和集成领域的应用。

直接键合InP-GaAs结构界面的特性研究

通过对直接键合InPGaAs结构的红外吸收光谱分析以及断面扫描电子显微镜观察发现,样品制备过程中不均匀的外加压强导致InPGaAs交界面局部出现了不连续过渡的空间层,实验上将熔融石蜡渗透并被填充到该空间层,利用其对3.509μm波长光的强烈吸收特性可表征这种局部的键合不连续区域,二维扫描测试样品不同区域的吸收谱得到3.509μm波长吸收强度等值线图,从而描绘出外加压强的不均匀分布.实验上通过改进键合装置的施压均匀性,得到了连续过渡界面且均匀键合的InPGaAs结构,利用这种均匀键合技术有望制备大尺寸器件例如光学微腔等.

键合方法研制InAsP/InGaAsP量子阱1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了由InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱有源层、SiO2/TiO2介质薄膜和GaAs/Al(Ga)As半导体分布布拉格反射镜(DBR)构成的垂直腔面发射激光器(VCSEL).采用直接键合技术实现InP基有源层与GaAs基DBR的晶片融合,并经过侧向湿法腐蚀定义电流限制孔径和沉积介质薄膜DBR等关键器件工艺,研制出InAsP/InGaAsP量子阱垂直腔面发射激光器,其阈值电流为13.5mA,单模激射波长为1288.6nm.

基于硅波导分布布拉格取样光栅的四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列

提出了一种波长间隔0.8 nm的四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列。在四通道硅波导表面设计了两组分布布拉格取样光栅,分别作为前反射镜和后反射镜,形成Ⅲ-V/Si激光器的谐振腔。优化设计分布布拉格取样光栅的参数,选择四个通道的取样光栅的一阶子光栅对应的波长进行振荡和输出。采用直接晶片键合技术,将图案化的绝缘体上硅晶片和Ⅲ-V外延晶片非集成在一起,实现了Ⅲ-V波导与硅波导的自对准和高效倏逝波耦合。在室温下连续波条件下,制备的四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列的硅波导输出功率均大于0.7 mW@60 mA,阈值电流均小于25 mA,激射波长分别为1 569.64 nm、1 570.45 nm、1 571.27 nm和1 572.08 nm,波长间距为0.8 nm±0.2 nm。这种四通道Ⅲ-V/Si激光器阵列经优化后可应用于密集波分复用硅光学系统。

亚毫安阈值的1.3μm垂直腔面发射激光器

设计并研制了室温连续工作的单模1.3μm垂直腔面发射激光器(VCSEL),阈值电流为0.51mA,最高连续工作温度达到82℃,斜率效率为0.29W/A.采用InAsP/InGaAsP应变补偿多量子阱作为有源增益区,由晶片直接键合技术融合InP基谐振腔和GaAs基GaAs/Al(Ga)As分布布拉格下反射腔镜,并由电子束蒸发法沉积SiO2/TiO2介质薄膜上反射腔镜形成1.3μmVCSEL结构.讨论并分析了谐振腔模式与量子阱增益峰相对位置对器件性能的影响.