將InGaN基激光器直接生長在硅襯底材料上，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、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，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GaN材料會導(dǎo)致GaN薄膜位錯密度高并且容易產(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隊，采用AlN/AlGaN緩沖層結(jié)構(gòu)，有效降低位錯密度的同時，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了厚度達到6 μm左右的InGaN基激光器結(jié)構(gòu)，位錯密度小于6×108 cm-2，并通過器件工藝，成功實現(xiàn)了世界上首個室溫連續(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，晶體生長是沒有秩序的，單晶如下圖右，因此在解離時可以沿著某一條結(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、信號處理等集成設(shè)計，因此不能直接進行劈裂處理，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，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，這事還是挺危險的，畢竟這個溶液有腐蝕性而且有毒，小伙伴們悠著點，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