專利名稱：雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單 片集成器件的制作方法。
背景技術(shù)：
光電集成器件(0EIC)在光纖通信系統(tǒng)中起重要作用，多年來(lái)一直是熱門研究課 題，0EIC器件利用光電子技術(shù)和微電子技術(shù)將光子器件和電子器件集成在同一襯底的單片 上構(gòu)成。目前，光接收機(jī)0EIC器件發(fā)展迅速，器件工作速率已經(jīng)超過40Gb/s。相比之下，用 于光發(fā)射的集成了激光器與晶體管的0EIC器件發(fā)展緩慢，主要原因之一是激光器與晶體 管在材料結(jié)構(gòu)及制作工藝兩方面都互不兼容。2005年，美國(guó)依利諾依大學(xué)的一個(gè)研究小組報(bào)道了一種稱為異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管 激光器的半導(dǎo)體器件[Appl.Phys. Lett. Vol. 87, P. 131103 (2005).]，與普通晶體管的不同 之處在于，晶體管的基區(qū)中引入了一個(gè)量子阱。在一定的基極一集電極電壓下，電子會(huì)由集 電區(qū)注入基區(qū)，在量子阱區(qū)與空穴復(fù)合發(fā)光。在具有較強(qiáng)端面反射率和較大增益的條件下， 器件具有激光發(fā)射的功能。在相反的條件下，載流子在量子阱有源區(qū)內(nèi)的以非輻射復(fù)合為 主，使得器件以晶體管工作時(shí)具有較大的電流/電壓放大倍數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集 成器件的制作方法，以簡(jiǎn)化該種類型光電單片集成器件的制作。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件 的制作方法，該方法包括步驟1 選擇一襯底；步驟2 在該襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、下包層、亞集電極層、集電極層、基極層、量 子阱有源區(qū)層、發(fā)射極層、上包層以及接觸層；步驟3 制作該單片集成器件的激光器單元；步驟4 制作該單片集成器件的晶體管單元。上述方案中，所述襯底是InP襯底，或是GaAs襯底，或是GaN襯底，或是SiC襯底， 或是Si襯底；上述方案中，所述量子阱有源區(qū)層生長(zhǎng)在所述基極層與發(fā)射極層之間，或者生長(zhǎng) 在所述基極層之中。上述方案中，所述量子阱有源區(qū)中阱材料厚度為7 12nm，壘材料厚度為6 15nm，有源區(qū)量子阱的個(gè)數(shù)為1 7個(gè)。上述方案中，所述晶體管單元具有制作在接觸層之上的發(fā)射極電極、制作在基極
3之上的基極電極以及制作在亞集電極層之上的集電極電極三個(gè)電極。上述方案中，對(duì)于所述晶體管單元，通過減小器件尺寸及降低端面反射率等方法， 載流子在量子阱有源區(qū)中的復(fù)合以非輻射復(fù)合為主，從而具有較高電流/電壓放大系數(shù)。上述方案中，所述激光器單元具有與晶體管單元在位置和材料兩方面完全相同的 三個(gè)電極。上述方案中，所述激光器單元具有長(zhǎng)度大于100微米及端面反射率大于30%的諧 振腔，量子阱有源區(qū)層能夠提供足夠的增益從而實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射。上述方案中，所述激光器單元與所述晶體管單元具有相同的材料結(jié)構(gòu)以及制作工 藝。上述方案中，所述激光器單元是多縱模激光器，或者是分布反饋單縱模激光器。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的這種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，器件 的激光器單元和晶體管單元具有相同的材料結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)，利用量子阱增益以及器件端 面反饋的大小來(lái)控制器件實(shí)現(xiàn)激光器或者晶體管的功能，從而大大的簡(jiǎn)化了集成器件的制作。


為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，一下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的 描述，其中圖1是本發(fā)明提供的制作雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的方法流 程圖；圖2是本發(fā)明提供的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意 圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明提供了一種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其中 量子阱有源區(qū)層可以位于基極層之中，也可以位于基極層與射極層之間；制作具有較大的 長(zhǎng)度和較高的端面反射率諧振腔的激光器單元，量子阱有源區(qū)可以提供足夠的增益從而實(shí) 現(xiàn)激光發(fā)射；制作小尺寸的晶體管單元，載流子在量子阱有源區(qū)中的復(fù)合以非輻射復(fù)合為 主，從而具有較高電流/電壓放大系數(shù)。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制作雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器 件的方法流程圖，該方法包括如下步驟步驟1 選擇一 GaAs襯底10 ；步驟2 在GaAs襯底10上依次生長(zhǎng)GaAs緩沖層20、鋁鎵砷下包層30、n+鎵砷亞 集電極層40、i型或弱n型摻雜的鎵砷集電極層50、p+鎵砷基極層60、i型銦鎵砷/鎵砷量 子阱有源區(qū)70、n型銦鎵磷發(fā)射極層80、n型鋁鎵砷上包層90以及n+鎵砷接觸層110。圖2中i型銦鎵砷/鎵砷量子阱有源區(qū)70位于所述鎵砷基極層60及發(fā)射極層80之間，也可 以生長(zhǎng)在所述鎵砷基極層60之中，銦鎵砷/鎵砷量子阱有源區(qū)中阱材料厚度為7 12nm， 壘材料厚度為6 15nm，有源區(qū)量子阱的個(gè)數(shù)為1 7個(gè)；步驟3 制作集成器件的晶體管單元，該單元具有小的尺寸(長(zhǎng)/寬度小于100微 米)及低的端面反射率，載流子在該單元的量子阱有源區(qū)中的復(fù)合以非輻射復(fù)合為主，從 而晶體管單元具有較高電流/電壓放大系數(shù)；晶體管單元具有制作在接觸層110之上的發(fā) 射極電極111、制作在基極層之60上的基極電極61以及制作在亞集電極40層之上的集電 極電極41三個(gè)電極；步驟4 制作集成器件的激光器單元，其具有長(zhǎng)度大于100微米及端面反射率大 于30%的諧振腔，在這樣的條件下量子阱有源區(qū)可以提供足夠的增益從而實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射， 激光器單元可以是多縱模激光器也可以是分布反饋單縱模激光器；激光器單元具有與晶體 管單元在位置和材料兩方面完全相同的三個(gè)電極即制作在接觸層110之上的發(fā)射極電極 111、制作在基極層之60上的基極電極61以及制作在亞集電極40層之上的集電極電極41 三個(gè)電極；激光器工作時(shí)集電極電極41-發(fā)射極電極111之間施加一個(gè)反向電壓(集電極 正、發(fā)射極負(fù))，在一定的基極電流下激光器激射發(fā)光。本發(fā)明制作的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所
7J\ ο本發(fā)明制作的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件，其激光器單元與晶體 管單元具有相同的材料結(jié)構(gòu)和制作工藝，所以大大的簡(jiǎn)化器件的制作。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳 細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡 在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保 護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其特征在于，該方法包括步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、下包層、亞集電極層、集電極層、基極層、量子阱有源區(qū)層、發(fā)射極層、上包層以及接觸層；步驟3制作該單片集成器件的激光器單元；步驟4制作該單片集成器件的晶體管單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述襯底是InP襯底，或是GaAs襯底，或是GaN襯底，或是SiC襯底，或是Si襯 底；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述量子阱有源區(qū)層生長(zhǎng)在所述基極層與發(fā)射極層之間，或者生長(zhǎng)在所述基極 層之中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述量子阱有源區(qū)中阱材料厚度為7 12nm，壘材料厚度為6 15nm，有源區(qū)量 子阱的個(gè)數(shù)為1 7個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述晶體管單元具有制作在接觸層之上的發(fā)射極電極、制作在基極之上的基極 電極以及制作在亞集電極層之上的集電極電極三個(gè)電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，對(duì)于所述晶體管單元，通過減小器件尺寸及降低端面反射率等方法，載流子在量 子阱有源區(qū)中的復(fù)合以非輻射復(fù)合為主，從而具有較高電流/電壓放大系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述激光器單元具有與晶體管單元在位置和材料兩方面完全相同的三個(gè)電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述激光器單元具有長(zhǎng)度大于100微米及端面反射率大于30%的諧振腔，量子 阱有源區(qū)層能夠提供足夠的增益從而實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，其 特征在于，所述激光器單元與所述晶體管單元具有相同的材料結(jié)構(gòu)以及制作工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法， 其特征在于，所述激光器單元是多縱模激光器，或者是分布反饋單縱模激光器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極型晶體管與半導(dǎo)體激光器單片集成器件的制作方法，該方法包括步驟1選擇一襯底；步驟2在該襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、下包層、亞集電極層、集電極層、基極層、量子阱有源區(qū)層、發(fā)射極層、上包層以及接觸層；步驟3制作該單片集成器件的激光器單元；步驟4制作該單片集成器件的晶體管單元。利用本發(fā)明，由于激光器與雙極型晶體管具有相同的材料結(jié)構(gòu)以及制作工藝，所以大大簡(jiǎn)化了該種類型光電單片集成器件的制作。
文檔編號(hào)H01L21/77GK101937873SQ20101026902
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者朱洪亮, 梁松, 王圩 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所