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硅基光电子是微电子技术发展的重要方向之一。虽然近几年硅基光电子学发展迅速,但硅基光源仍是一个瓶颈问题。在硅基光源的诸多实现途径中,硅基Ⅲ-Ⅴ族外延激光器不仅性能可与传统激光器相比拟,同时又能与CMOS工艺相兼容,在大规模应用上有着巨大的潜能。然而,硅基Ⅲ-Ⅴ激光器在材料生长和工艺制造上仍有着许多问题尚需完善。本论文针对硅基Ⅲ-Ⅴ边发射激光器在工艺上存在的由衬底和材料差异造成的腔面粗糙问题,做出的原创性成果如下: 1、提出创新性解理思路,解决硬质衬底边发射激光器解理时,腔面粗糙问题。该思路主要包括:(1)根据激光器材料结构设计腐蚀工艺,使得激光器衬底材料与激光器有源区材料在化学腐蚀工艺上具有高选择性;(2)利用选择性腐蚀溶液对现有边发射激光器两个端面进行腐蚀,由于激光器衬底材料和有源区材料的腐蚀比高,通过选择性腐蚀可以使激光器腔面悬于衬底之外,形成悬臂结构;(3)对悬臂结构的激光器腔面施加外力,便可将已有腔面解理,从而生成新的激光器腔面。 2、以Ge基InAs量子点激光器为例,试验了优化思路的有效性。研究了Ge和GaAs的湿法腐蚀工艺,选用浓度为30%的双氧水溶液作为侧向腐蚀液,选择比高达19∶1,腐蚀条件为50℃水浴加热,此条件下,腐蚀液对Ge的腐蚀速度远远高于GaAs。研究二次解理方式,发现超声解理对器件表面金属电极的质量要求较高,需改进激光器结构设计。细针解理可通过改进的共晶贴片机和直径为40μm的细针实现,解理质量高,但效率低。 3、研究了优化工艺对激光器性能的影响,该工艺将激光器的成品率从60%提升至68.2%,激光器阈值电流整体降低,斜效率大幅度提高。表明该工艺对于提升激光器的成品率和性能方面有明显作用。 4、将此优化工艺应用于发生过COD效应的Ge基InAs量子点激光器,激光器重新激射,且其最大输出功率、阈值电流、斜效率等参数均可与失效前相比拟。