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III-V与硅集成 – 技术 | Technology

图3.（a）60nm宽的沟槽顶部具有InGaP帽层的InGaAs/GaAs纳米脊形激光器的横截面扫描电子显微图像。（b）位于100nm宽沟槽上的纳米脊形激光器的高角度环形暗
场（HAADF）扫描透射电子显微镜图像。（c）基于（b）中所示的纳米脊形激光器的尺寸的类似基本横向电场（TE）模式的有限差分本征模拟。部分图像修改和重印
自参考文献：Y. Shi et al, Optica 4 1468（2017）。
的更多细节可以在本文章的附文“纵横比捕获的
艺术”中找到）。
当采用沿硅 <110> 方向取向的沟槽时，纵横
比捕获特别有利。这允许制备具有两个 {111} 面
的 V 形硅表面。当 III-V 族材料在 {111} 硅表面
上成核时，该平面可以防止形成反相畴，而反相
畴对器件性能是非常有害的。
当选择性区域生长继续时，沟槽中就可以生
长出无位错的 III-V 族材料。调整 MOCVD 生长
参数会改变纳米脊形的形状。例如，可以选择生 图4. 左图：IMEC制造的分布式反馈激光器设计示意图，以及用于光学泵浦的激发几何结构。右
图：IMEC制造的纳米脊形激光器的俯视扫描电子显微图像。插图为更大放大率的图像，示出了
长条件以增宽纳米脊形，从而增加 III-V 族材料 两个反射器光栅之间的λ/ 4相位移动部分。
的体积，这可以为新的器件架构提供基础。
我们在 100nm，40nm 和 20nm 宽的沟槽上形 形状。不同的结构来自于选择性地操纵各种纳米
成了盒形的 GaAs 纳米脊形（见图 1）。这一系列 脊面的生长速率架构。这是高生长速率的面迅速
的生长表明，基本的形状演变与沟槽尺寸无关。 消失，而低生长速率的面定义出了纳米脊形的形
用扫描电子显微镜从上面观察这些结构，可以发 状（更多细节参见本文章的附文“纳米脊形工程”）。
现纳米脊形具有很高质量并且高度均匀。 我们并不是第一个报告脊形形状控制的。其
我们的纳米脊形工程也有很强的优势和灵活 他人已经报告了在微米尺度上的 III-V 族材料同
性。通过调整生长条件，可以将 GaAs 纳米脊形的 质外延的选择区域生长，这是外延生长的基本特
形状调整为高的矩形，三角形或各种类似钻石的 征。我们通过在硅上对 III-V 族材料的异质外延

图5.（a）100nm宽的沟槽顶部上的分布式反馈纳米脊激光器（170nm一阶光栅周期）的激光发射与激发功率的关系。红色，绿色和蓝色线表示的激发功率的相应发射光
谱示于（b）中。注意，SMSR是侧模抑制比。（c）宽度为60nm，80nm，100nm和120nm的沟槽的纳米脊形激光器的发射光谱比较。发射强度为便于更好比较进行了归
一化。所有图转载自参考文献：Y. Shi et al, Optica 4 1468（2017）

www.compoundsemiconductorchina.net 化合物半导体 2019年第1期 21