如何获得高质量的晶面作为激光器震荡用的腔面

将InGaN基激光器直接生长在硅衬底材料上，为GaN基光电子器件与硅基光电子器件的有机集成提供了可能。另一方面，自1996年问世以来，InGaN基激光器在二十多年里得到了快速的发展，其应用范围遍及信息存储、照明、激光显示、可见光通信、海底通信以及生物医疗等领域。目前几乎所有的InGaN基激光器均是利用昂贵的自支撑GaN衬底进行制备，限制了其应用范围。硅衬底具有成本低、热导率高以及晶圆尺寸大等优点，如果能够在硅衬底上制备InGaN基激光器，将有效降低其生产成本，从而进一步推广其应用。

由于GaN材料与硅衬底之间存在着巨大的晶格常数失配和热膨胀系数失配，直接在硅衬底上生长GaN材料会导致GaN薄膜位错密度高并且容易产生裂纹，因此硅衬底InGaN基激光器难以制备。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员杨辉领导的III族氮化物半导体材料与器件研究团队，采用AlN/AlGaN缓冲层结构，有效降低位错密度的同时，成功抑制了因硅与GaN材料之间热膨胀系数失配而常常引起的裂纹，在硅衬底上成功生长了厚度达到6 μm左右的InGaN基激光器结构，位错密度小于6×108 cm-2，并通过器件工艺，成功实现了世界上首个室温连续电注入条件下激射的硅衬底InGaN基激光器，激射波长为413 nm，阈值电流密度为4.7 kA/cm2。

以上硅衬底的激光器是做出来了，但是如何获得高质量的晶面作为激光器震荡用的腔面呢？

我们知道多晶和单晶的区别，多晶硅没有一定晶向，晶体生长是没有秩序的，单晶如下图右，因此在解离时可以沿着某一条结合力弱的晶向裂开。

常规的激光器衬底多用衬底的自然解离晶面作为激光器芯片的腔面，硅的解理面（111）面为天然易劈裂面，由硅片劈裂形状也能判断出硅片的晶面。在（100）面上，（100）面与（111）面相交成呈90°角，因此（100）面硅片劈裂时裂纹呈矩形形状;而（111）面和其他（111）面相交呈60°角，因此（111）面硅片劈裂时裂纹呈三角形形状。

但是我们采用硅衬底做激光器外延的衬底就是想在同一个硅片上做更多的功能器件一起完成激光的产生、传输、信号处理等集成设计，因此不能直接进行劈裂处理，否则也失去用硅做衬底的应用意义。

如下图，LD外延ok之后，通过芯片制作工艺制备脊型激光器芯片，最后采用干法刻蚀出激光器的腔面。但是ICP等工艺制备出来的侧面腔面多是很粗糙的腔面，不能有效形成激光器震荡的腔面，因此需要进一步的降低腔面的粗糙度。因此采用化学腐蚀的方法。

通常的药液选用KOH来腐蚀GaN基的芯片外延。但是KOH的腐蚀性又太强，且和SiO2可以反映，SiO2在芯片工艺段常被用作LD芯片的钝化层使用，因此不能收到KOH的刻蚀。

该方法采用TMAH作为处理液。

TMAH处理过LD阈值电流降低。

文中把TMAH加热到85℃去腐蚀，这事还是挺危险的，毕竟这个溶液有腐蚀性而且有毒，小伙伴们悠着点，苏州纳米所经常做一些无所不用其极的创新。

责任编辑：haq