基于GaAs的光电集成器件的制作方法_2

文档序号:10170733阅读:来源:国知局
衬底1的材料为31、31(:、6&101&111011(1和蓝宝石中的一种或多种,主要作用为基础支撑。
[0023]N-GaAs集电区层2的厚度为0.5?3微米,掺杂浓度小于或等于5 X 1017cm—3,主要作用是作为HBT器件的集电极和PN 二极管限幅器的N结。
[0024]第一 P-GaAs基区层11、第二 P-GaAs基区层21和第三P-GaAs基区层31的厚度为20?500纳米,掺杂浓度大于或等于5 X1017cm—3,第二P-GaAs基区层21主要作用是作为HBT器件的基极和PN 二极管限幅器的P结。
[0025]第一 N-1nGaP发射区层12和第二 N-1nGaP发射区层22的厚度为10?500纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1017cm—3,且第一 N-1nGaP发射区层12和第二 N-1nGaP发射区层22中InGaP的化学式为InxGai—xP,其中,X为0.49?0.51,第一 N-1nGaP发射区层12和第二 N-1nGaP发射区层22第二 N-1nGaP发射区层22的主要作用是作为HBT器件的基极,考虑到晶格匹配,X一般仅能选择0.49?0.51,而HBT期间由于是异质结结构,因此第二 N-1nGaP发射区层22的掺杂浓度不需要比第二 P-GaAs基区层21高。
[0026]第一 N+-1nGaAs帽层13和第二 N+-1nGaAs帽层23的厚度为10?200纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1018cm—3,且第一 N+-1nGaAs帽层13和第二 N+-1nGaAs帽层23中InGaAs的化学式为InYGai—YAs,其中,Y为0?1。第二 N+-1nGaAs帽层23的主要作用是利于在HBT器件上制作欧姆接触电极。
[0027]器件隔离层14的厚度10?200纳米,且器件隔离层14采用的材料为A1N和/或SiN。器件隔离层14的主要作用是将PIN光电探测器、跨阻放大器和限幅器分开。
[0028]晶体过渡层15的厚度为0?100纳米,且晶体过渡层15采用的材料为InGaAsP、InGaAs、GaAs和InP中的一种或多种。晶体过渡层15的主要作用是利于InP生长。
[0029]N-1nP层16的厚度为50?500纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1018cm—\N_InP层16的主要作用是作为PIN光电探测器的N区。
[0030]1-光吸收层17的厚度为50?500纳米,掺杂浓度小于或等于5 X1017cm—3,且1-光吸收层17采用的材料为InGaAs,InGaAs的化学式为InzGai—zAs,其中,Z为0.52或0.53<?-光吸收层17的主要作用是作为PIN光电探测器的i区,可探测到的光谱响应约为1.1?1.8微米或
0.7?0.9微米。
[0031]P-1nP层18的厚度为20?500纳米,掺杂浓度大于或等于lX1018cm—\P-1nP层18的主要作用是作为PIN光电探测器的P区。
[0032]本实用新型实施例还提供一种基于GaAs的光电集成器件的制备方法,请参见图2至图7,该制备方法包括以下步骤:
[0033]步骤一:在GaAs衬底1上由下而上依次形成N-GaAs集电区层2、P-GaAs基区层10、N-1nGaP发射区层20、N+-1nGaAs帽层30、器件隔离层40、晶体过渡层50、N-1nP层60、1-光吸收层70和P-1nP层80。
[0034]其中,如图2所示,GaAs衬底l、N_GaAs集电区层2、P_GaAs基区层10、N_InGaP发射区层20、N+-1nGaAs帽层30、器件隔离层40、晶体过渡层50、N-1nP层60、1-光吸收层70和P-1nP层80为依次层叠的结构。
[0035]6&48衬底1的材料为3丨、3丨(:、6&10丨&111011(1和蓝宝石中的一种或多种,主要作用为基础支撑。
[0036]N-GaAs集电区层2的厚度为0.5?3微米,掺杂浓度小于或等于5 X 1017cm—3,主要作用是作为HBT器件的集电极和PN 二极管限幅器的N结。
[0037]步骤二:在P-1nP层80上形成第一隔离区3和第二隔离区4,第一隔离区3和第二隔离区4均从P-1nP层80的上表面嵌入延伸至N-GaAs集电区层2内部,其中,第一隔离区3和第二隔离区4将N-GaAs集电区层2分隔为第一区域A、第二区域B和第三区域C,第二区域B位于第一隔离区3和第二隔离区4之间。
[0038]其中,第一隔离区3和第二隔离区4的作用是使第一区域A、第二区域B和第三区域C相互绝缘。如图3所示,经过第一隔离区3和第二隔离区4分隔后,P-GaAs基区层10分为三部分,第一区域A的P-GaAs基区层即为第一 P-GaAs基区层11,第二区域B的P-GaAs基区层即为第二 P-GaAs基区层21,第二区域B的P-GaAs基区层即为第三P-GaAs基区层31 A-1nGaP发射区层20也分为三部分,第一区域A的N-1nGaP发射区层即为第一 N-1nGaP发射区层12,第二区域B的N-1nGaP发射区层即为第二 N-1nGaP发射区层221-1nGaAs帽层30也分为三部分,第一区域A的N+-1nGaAs帽层即为第一 N+-1nGaAs帽层13,第二区域B的N+-1nGaAs帽层即为第二N+-1nGaAs帽层23。相应地,第一区域A的器件隔离层即为器件隔离层14,第一区域A的晶体过渡层即为晶体过渡层15,第一区域A的N-1nP层即为N-1nP层16,第一区域A的1-光吸收层即为i_光吸收层17,第一区域A的P-1nP层即为P-1nP层18。在本实施例中,第一隔离区3和第二隔离区4可以采用注入离子方式或者采用刻蚀工艺形成。
[0039]第一 P-GaAs基区层11、第二 P-GaAs基区层21和第三P-GaAs基区层31的厚度为20?500纳米,掺杂浓度大于或等于5 X1017cm—3,第二P-GaAs基区层21主要作用是作为HBT器件的基极和PN 二极管限幅器的P结。
[0040]第一 N-1nGaP发射区层12和第二 N-1nGaP发射区层22的厚度为10?500纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1017cm—3,且第一 N-1nGaP发射区层12和第二 N-1nGaP发射区层22中InGaP的化学式为InxGai—xP,其中,X为0.49?0.51,第一 N-1nGaP发射区层12和第二 N-1nGaP发射区层22第二 N-1nGaP发射区层22的主要作用是作为HBT器件的基极,考虑到晶格匹配,X一般仅能选择0.49?0.51,而HBT期间由于是异质结结构,因此第二 N-1nGaP发射区层22的掺杂浓度不需要比第二 P-GaAs基区层21高。
[0041 ] 第一 N+-1nGaAs帽层13和第二 N+-1nGaAs帽层23的厚度为10?200纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1018cm—3,且第一 N+-1nGaAs帽层13和第二 N+-1nGaAs帽层23中InGaAs的化学式为InYGai—YAs,其中,Y为0?1。第二 N+-1nGaAs帽层23的主要作用是利于在HBT器件上制作欧姆接触电极。
[0042]器件隔离层14的厚度10?200纳米,且器件隔离层14采用的材料为A1N和/或SiN。器件隔离层14的主要作用是将PIN光电探测器、跨阻放大器和限幅器分开。
[0043]晶体过渡层15的厚度为0?100纳米,且晶体过渡层15采用的材料为InGaAsP、InGaAs、GaAs和InP中的一种或多种。晶体过渡层15的主要作用是利于InP生长。
[0044]N-1nP层16的厚度为50?500纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1018cm—\N_InP层16的主要作用是作为PIN光电探测器的N区。
[0045]1-光吸收层17的厚度为50?500纳米,掺杂浓度小于或等于5 X1017cm—3,且1-光吸收层17采用的材料为InGaAs,InGaAs的化学式为InzGai—zAs,其中,Z为0.52或0.53<?-光吸收层17的主要作用是作为PIN光电探测器的i区,可探测到的光谱响应约为1.1?1.8微米或
0.7?0.9微米。
[0046]P-1nP层18的厚度为20?500纳米,掺杂浓度大于或等于1 X 1018cm—\P_InP层18的主要作用是作为PIN光电探测器的P区。
[0047]步骤三:去除第二区域B和第三区域C的P-1nP层以及第一区域A的部分
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