專利名稱：在同一襯底上制造一個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管和一個(gè)激光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在同一襯底上或由同一襯底制造異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管和激光二極管的方法，也涉及到適于這種制造工藝的襯底。
70年代末，美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院(CALTECH)開(kāi)始了單片(例如，安排在同一晶片上或電路板里)光電集成回路的研究，參看C.P.Lee，S.Margalit，I.Ury和A.Yariv的文章，“(在半絕緣GaAs襯底中集成注入型激光器和Gunn振蕩器)Integration of an injection laserwith a Gunn oscillator on a semi-insulating GaAs substate”，Appl.Phys.Lett.，Vol.32，No.12，pp.806-807，June 1978。其原因與發(fā)展集成硅電路的原因相同，即希望將光元件如激光器、波導(dǎo)、探測(cè)器，象晶體管一樣制造在同一襯底上，從而大批量、低成本地生產(chǎn)晶片。單片集成還可以減少晶片的數(shù)量，這樣就可以將更多的功能組裝到一個(gè)電路板上，電路板上一般裝有不同的晶片。由于需要較少的外部連接，這樣做還提高了系統(tǒng)的可靠性。這里補(bǔ)充一點(diǎn)，獲得這些好處的條件是，與獨(dú)立制造的元件相比，集成在一起的各種元件的性能不會(huì)下降。
現(xiàn)在，對(duì)于如何將光元件和電元件組合到同一晶片的問(wèn)題，尋找其解決方法的興趣不僅源于技術(shù)方面而且源于系統(tǒng)方面。為了能夠建立未來(lái)的光網(wǎng)絡(luò)，例如甚至延伸到家庭的光網(wǎng)絡(luò)，需要成本更低的解決方案，這反過(guò)來(lái)對(duì)技術(shù)發(fā)展提出了大量要求。
存在許多不同的可供選擇的實(shí)現(xiàn)單片集成的方法。這些方法部分依賴于所選擇的波長(zhǎng)，也就是所使用的基本半導(dǎo)體材料，例如選擇砷化鎵還是磷化銦，部分地依賴于所選擇的電元件，例如使用異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管還是場(chǎng)效應(yīng)晶體管，還部分地依賴于所選擇的、需要的光元件，例如光探測(cè)器、激光器或調(diào)制器，還部分依賴于集成方法。通常將集成方法分為三類垂直集成。一個(gè)疊一個(gè)地依次形成兩個(gè)或多個(gè)均包括電或光電元件的結(jié)構(gòu)。
水平集成。一個(gè)挨一個(gè)地形成兩個(gè)或多個(gè)均包括元件的結(jié)構(gòu)。首先為制造元件而形成不同的層，然后在已制造元件的旁邊、在晶片的選定部分將這些層刻蝕掉。然后在材料已被刻蝕掉的區(qū)域上形成下一個(gè)元件。
使用相同的基本結(jié)構(gòu)制造兩種元件。形成一個(gè)基本的層結(jié)構(gòu)，對(duì)它的進(jìn)一步處理包括例如為確定各個(gè)元件而蝕刻，僅包括用于電連接的應(yīng)用層，但是不包括其它層，導(dǎo)致不同類型的元件互相隔離。
方法1和2的優(yōu)點(diǎn)是在原理上可以對(duì)每個(gè)制造的元件進(jìn)行優(yōu)化。缺點(diǎn)是這些制造方法通常很復(fù)雜，包括非常多的工藝步驟。方法3的制造工藝較簡(jiǎn)單，但是通常需要對(duì)制造的不同元件的性能進(jìn)行折衷。
對(duì)于激光器，文獻(xiàn)中經(jīng)常提到的一種方法是，從垂直注入變?yōu)闄M向注入，這樣的激光器稱為L(zhǎng)CI激光器(橫向電流注入激光器)。然后，利用擴(kuò)散或注入的方法限定不同的n和p摻雜層，這可以有選擇地制造在襯底表面的不同部分上，從而可以由同一襯底或晶片制造激光器和晶體管。這種方法已被用來(lái)集成激光器和FET，參看前面引用過(guò)的C.P.Lee等人的文章，這種方法也已被用來(lái)集成激光器和HBT，參看N.Bar-Chaim，Ch.Harder，J.Katz，S.Margalit，A.Yariv，I.Ury，“GaAlAs掩埋異質(zhì)結(jié)激光器和雙極晶體管的單片集成(Monolithicintegration of a GaAIAs buried-heterostructure Laser and abipolar phototransistor)”，Appl.Phys.Lett.，40(7)，556，(1982)。然而這種方法的缺點(diǎn)是得到的是新型的激光器和/或晶體管。另一種已被采用的思想是首先生成激光器結(jié)構(gòu)并且在它的頂部生成一個(gè)未摻雜層，場(chǎng)效應(yīng)晶體管由此未摻雜層制造。參看T.Fukuzawa，M.Nakamura，M.Hirao，T.Kuroda，and J.Umeda，“GaAlAs注入型激光器和肖特基柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的單片集成(Monolithic integration ofa GaAlAs injection laser with a Schottky-gate field effecttransistor)”，Appl.Phys.Lett.，36(3)，181，(1980)。為了獲得與激光器的p型頂層的電連接，可以在未摻雜層種擴(kuò)散p型雜質(zhì)(這里用鋅)。
本發(fā)明的目的是提供一種方法，利用該方法可以簡(jiǎn)單地在同一襯底或晶片上制造晶體管和激光器，而不會(huì)象傳統(tǒng)制造方法那樣降低晶體管和激光器的性能。
因此，本發(fā)明解決的問(wèn)題是如何在同一襯底或晶片上制造晶體管和激光器，以便使得這樣制造的晶體管和激光器的性能與單獨(dú)制造的相應(yīng)元件的性能基本相同。
在同一襯底上制造晶體管和激光器時(shí)，首先制造一個(gè)基本結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)中的一個(gè)疊一個(gè)安置的半導(dǎo)體層具有適當(dāng)?shù)倪x定順序。具體地講，起始層基本上是“傳統(tǒng)的”HBT結(jié)構(gòu)。然后在晶片的某些區(qū)域?qū)⒒窘Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成激光器。由此，激光器是垂直注入型的，能夠獲得與分立激光器相同的性能。向激光器結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換是通過(guò)在材料中擴(kuò)散鋅實(shí)現(xiàn)的。其中的優(yōu)點(diǎn)是能夠基本上得到相同結(jié)構(gòu)的激光器和HBT，就象它們被單獨(dú)地優(yōu)化過(guò)一樣。在GaAs/GaAlAs中實(shí)現(xiàn)了類似的結(jié)構(gòu)；參看J.Katz，N.Bar-Chaim，P.C.Chen，S.Margalit，I.Ury，D.Wilt，M.Yust，A.Yariv，“A monolithic integration of GaAs/GaAlAs bipolartransistor and heterostructure laser”，Appl.Phys.Lett.37(2)，211，1980。該文章提出的方法包括將激光器的有源區(qū)位于HBT的基極，這與本申請(qǐng)?zhí)岢龅姆椒ú煌?。在文章A.K.Goyal，M.S.Miller，S.I.Long and D.Leonard，“A single epitaxial structure for theintegration of lasers with HBTs”，SPIE，Vol.2148，pp.359-366，1994，中，也在GaAs/GaAlAs材料系統(tǒng)中使用了單片集成，但是有源區(qū)位于集電極，這與本申請(qǐng)描述的設(shè)計(jì)方案相同，這樣做為元件的設(shè)計(jì)提供了更大的自由，并且允許對(duì)兩個(gè)元件分別進(jìn)行優(yōu)化。
異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT和激光二極管LD是由同一外延結(jié)構(gòu)制造的。然后，只需要通過(guò)限制、隔離、絕緣等工藝就可以直接由該外延結(jié)構(gòu)制造晶體管，和/或通過(guò)刻蝕和施加電接觸層而界定晶體管。因此，晶體管的各個(gè)有源層是結(jié)構(gòu)中形成的外延層。為了制造激光二極管，通過(guò)向該結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散鋅而使結(jié)構(gòu)改變，所以，最頂材料層的摻雜類型由n型轉(zhuǎn)變?yōu)閜型。這種轉(zhuǎn)變是在晶片的選定區(qū)域進(jìn)行的，結(jié)果是晶體管和激光器就那樣單片集成在一起。通常，也可以使用相反的類型轉(zhuǎn)變，即在頂層由p型摻雜轉(zhuǎn)變?yōu)閚型摻雜。
本發(fā)明其它目的和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中進(jìn)行陳述，一部分目的和優(yōu)點(diǎn)可以從描述中看出，或者通過(guò)本發(fā)明實(shí)例而領(lǐng)會(huì)。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)附屬權(quán)利要求特別指出的方法、工藝、工具和組合而實(shí)現(xiàn)和獲得。
參考附圖，考慮下面對(duì)非限制性具體實(shí)現(xiàn)方案的詳細(xì)描述，可以完全理解本發(fā)明以及上述和其它特點(diǎn)，其中


圖1是適于制造晶體管的、一個(gè)疊一個(gè)的層的基本序列的剖面示意圖。
圖2是圖1中序列的剖面圖，該圖說(shuō)明為了制造適合激光器的結(jié)構(gòu)而在其中擴(kuò)散了一些物質(zhì)。
圖3是由圖1中的層序列制造的晶體管的剖面示意圖。
圖4是根據(jù)圖2進(jìn)行修改之后，由圖1中的基本層序列制造的激光器的剖面示意圖。
圖5是根據(jù)圖2得到的、Zn濃度隨擴(kuò)散面以下的擴(kuò)散深度而變化的曲線。
圖6是圖3所示的晶體管在處于平衡狀態(tài)時(shí)的能帶圖。
圖7是圖4所示的正向偏置激光器的能帶圖。
圖8是連接在共射極耦合電路中的、圖3所示晶體管的集電極和發(fā)射極之間的測(cè)量電流ICE隨集電極與發(fā)射極之間的電壓VCE變化的曲線。
圖9是圖4所示的激光器產(chǎn)生的光功率隨電流變化的曲線。
下面將描述一個(gè)使用具體材料的具體實(shí)施方案。需要明白的是，可以使用具有相應(yīng)特性的其它材料，特別是具體的摻雜類型可以轉(zhuǎn)換相反的摻雜類型，即n和p型摻雜可以分別由p和n型摻雜替換。
圖1給出了普通外延層序列的示意剖面圖，該序列適于在同一襯底上制造HBT和激光二極管，是由磷化銦InP的材料系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。為了簡(jiǎn)化，圖示的所有層都具有相同的厚度，然而在實(shí)際制造該結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)有目的的操作、材料、摻雜等，這些層自然地具有不同的厚度。外延結(jié)構(gòu)是利用金屬有機(jī)物汽相外延(MOVPE)或類似的工藝生長(zhǎng)的，利用該工藝可以較好地控制厚度和擴(kuò)散濃度。為了便于單片集成多個(gè)晶體管和激光二極管，即，將多個(gè)作為晶體管或激光二極管的結(jié)構(gòu)制作在同一晶片上，襯底可以是n型InP，但是使用半絕緣的，如摻雜了鐵的InP，可以獲得更多的優(yōu)點(diǎn)。外延結(jié)構(gòu)包含多個(gè)材料、厚度、摻雜均不相同的p型或n型層。一般情況下，需要具有相對(duì)較寬帶隙的材料，這里是InP，需要帶隙較窄、折射率較高的材料，這里是InGaAsP，其光熒光波長(zhǎng)為λPL＝1.3μm，簡(jiǎn)稱Q(1.3)，還需要光學(xué)有源材料，這里是InGaAsP，其光熒光波長(zhǎng)為λPL＝1.55微米，簡(jiǎn)稱Q(1.55)。此外，帶隙相對(duì)小的材料可以減小接觸阻抗，這里是InGaAs。
參看圖1，結(jié)構(gòu)包括n-InP的緩沖層1，重?fù)诫s的n-InP層2，輕摻雜的n-InP層3，輕摻雜的n-Q(1.3)層4，未摻雜的多量子阱5，包括一個(gè)或多個(gè)由應(yīng)變或非應(yīng)變勢(shì)壘包圍的應(yīng)變或非應(yīng)變量子阱。因而在優(yōu)選情況下，多量子阱5包括多個(gè)交替地屬于不同類型的相對(duì)較薄的薄層。整個(gè)多量子阱設(shè)計(jì)成具有等于0的凈電壓，即是經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)碾妷?，重?fù)诫s的p-Q(1.3)層6，輕摻雜的n-InP層7，重?fù)诫s的n-InP層8和頂部重?fù)诫s的n-InGaAs的層9。
層3，4，和5形成待制造的HBT的集電極，層6形成HBT的基極。異質(zhì)結(jié)位于層3和4之間以及層6和層7之間。在待制造的激光器中，層5形成有源區(qū)，層4和層6形成波導(dǎo)區(qū)。
在制成外延結(jié)構(gòu)之后，為了制造激光二極管而進(jìn)行擴(kuò)散工藝步驟，參看圖2，從氣態(tài)二乙基鋅(EDZn)或者從其它適當(dāng)?shù)匿\源獲得的鋅，在一定的溫度和壓力下和在一定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，對(duì)照箭頭21，擴(kuò)散到材料中，這產(chǎn)生至少與圖1中的層7，8，和9相對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散深度。在將鋅植入其中的那些材料中，鋅與材料結(jié)構(gòu)相互配合，充當(dāng)空穴。在適當(dāng)?shù)臐舛认?，空穴將補(bǔ)償頂層中的n型摻雜，更高濃度的鋅將使得這些層中的材料變?yōu)榈膒型摻雜。為了在晶片上選擇擴(kuò)散區(qū)域，整個(gè)晶片均覆以氮化硅(SiN)，見(jiàn)層22，利用光刻技術(shù)將該層區(qū)域中的預(yù)定部分打開(kāi)，即將其中的SiN去除。覆以SiN的區(qū)域?qū)⒉皇茕\擴(kuò)散的影響，參看圖2。
對(duì)光刻技術(shù)選擇的區(qū)域進(jìn)行干法刻蝕和濕法刻蝕，可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的隔離或限定，該結(jié)構(gòu)用作HBT。對(duì)于制作激光二極管的結(jié)構(gòu)，需要產(chǎn)生深達(dá)襯底的槽。
如上所述，HBT是通過(guò)橫向界定根據(jù)圖1的層序列而直接獲得的。HBT具有垂直設(shè)計(jì)，在各層具有連接集電極、基極和發(fā)射極的觸點(diǎn)，參看圖3。利用槽進(jìn)行橫向界定，槽包括兩個(gè)中間臺(tái)階，一個(gè)臺(tái)階在層2的頂部，一個(gè)臺(tái)階在層6的頂部。集電極觸點(diǎn)12和基極觸點(diǎn)11分別淀積在這些臺(tái)階上。位于集電極觸點(diǎn)外側(cè)的凹槽一直延伸到襯底，如上文在參考橫向限定結(jié)構(gòu)時(shí)所提出的。對(duì)于n-InP襯底，集電極觸點(diǎn)12還可能位于襯底的下面。發(fā)射極觸點(diǎn)13位于最頂層的外表面。各層的功能是層2作為集電極觸點(diǎn)層，集電極由層3-5形成，層6是晶體管的基極，發(fā)射極由層7形成，層8和層9是接觸層。
該結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)HBT的特點(diǎn)是在結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)變成激光器的情況下，為了不吸收激光器的量子阱發(fā)射的光，基極材料的帶隙必須足夠大。這導(dǎo)致基極和發(fā)射極之間的價(jià)帶帶隙的不連續(xù)性降低。然而，為了不對(duì)晶體管的電流增益產(chǎn)生顯著的影響，需要提高這種不連續(xù)性以便使其仍具有足夠高的不連續(xù)性。另一個(gè)差別是在集電極存在多量子阱。然而，這不會(huì)顯著地影響晶體管的特性(非-DC)。
在按照上述方法設(shè)計(jì)的元件和傳統(tǒng)的高性能HBT之間，其操作沒(méi)有顯著的差異。
在激光二極管中進(jìn)行橫向界定和產(chǎn)生觸點(diǎn)裝置之后，就得到了利用參照?qǐng)D2描述的擴(kuò)散工藝產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)。激光二極管具有一個(gè)n型觸點(diǎn)，該觸點(diǎn)在襯底為半絕緣襯底時(shí)與集電極觸點(diǎn)12相同，并與其處于同一表面。如果襯底是n-InP，那么觸點(diǎn)可以淀積在襯底的背面，如圖4中的14所示。激光器在層序列中的最頂層9的頂部有一個(gè)p型觸點(diǎn)15。各層的作用參看圖4層1-3構(gòu)成蓋層和接觸層，層4中的下層分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(“分別限制結(jié)構(gòu)”)，層5是有源區(qū)，層6中的上層分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)，層7和8形成蓋層，層9是接觸層。
這個(gè)結(jié)構(gòu)具有傳統(tǒng)雙異質(zhì)結(jié)量子阱激光器所具有的全部部件，并且基本上與用于波長(zhǎng)1.55微米的先進(jìn)激光器的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)等同。其中的一點(diǎn)差異是p型重?fù)诫s，這種p型重?fù)诫s位于上異質(zhì)結(jié)的頂層，這對(duì)于HBT是必需的，并將導(dǎo)致激光器性能的下降。然而，在適當(dāng)?shù)膿诫s濃度下，已經(jīng)取得了令人滿意的好結(jié)果，模擬結(jié)果表明為了改進(jìn)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)摻雜濃度甚至可以更高。在層4和層6的隔離異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，存在著相應(yīng)晶體管的異質(zhì)結(jié)。區(qū)域5中的激光器的有源區(qū)和層4中的下n-SCH位于相應(yīng)晶體管的集電極區(qū)。形成上p-SCH的層6構(gòu)成相應(yīng)晶體管的基極。
在實(shí)驗(yàn)中，在680℃下、在n-InP襯底上，利用低壓金屬有機(jī)物汽相外延MOVPE技術(shù)制成了圖1所示的基本外延結(jié)構(gòu)。利用DEZn作為鋅源，在超大氣壓的磷烷PH3下，利用氫氣作為載氣，將鋅擴(kuò)散到了材料中。溫度保持在475℃。超大氣壓在1小時(shí)20分時(shí)間內(nèi)為100mbar。InP層中鋅的濃度超過(guò)1×1018，參看圖5的曲線。所制造結(jié)構(gòu)的配置見(jiàn)下表。
為了制造HBT，通過(guò)蒸發(fā)和剝離光刻膠層以傳統(tǒng)方法在其頂部淀積金屬層而淀積了由Ti/Pt/Au構(gòu)成的發(fā)射極觸點(diǎn)，然后利用剩余的金屬作為掩膜在離子氣氛中利用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)技術(shù)向下刻蝕到基極層6，其中離子氣氛包括氫氣和甲烷，以及隨后是基于HCl∶H2O的選擇性濕法蝕刻液。然后按照與發(fā)射極觸點(diǎn)相同的方式制作由Pt/Ti/Pt/Au構(gòu)成的基極觸點(diǎn)。界定氮化硅掩膜，并使其覆蓋基極和發(fā)射極觸點(diǎn)。通過(guò)干法蝕刻，去除環(huán)繞用于形成圖3所示的基本結(jié)構(gòu)的中央結(jié)構(gòu)的部分基極和集電極層。通過(guò)蒸發(fā)Ni/AuGe使集電極觸點(diǎn)淀積在襯底的背面。在圖8中，對(duì)于得到的、連接在共射極耦合電路中的晶體管，測(cè)量到的、由集電極到發(fā)射極的電流ICE在基極電流為IB＝0、20、40、…、100微安時(shí)，是集電極和發(fā)射極之間的電壓VCE的函數(shù)。
由基本結(jié)構(gòu)制造脊型激光二極管的工藝始于在其上表面繪制寬度為3μm的線條，這是為了限定激光器結(jié)構(gòu)，然后按照與上述發(fā)射極觸點(diǎn)相同的方式將頂觸點(diǎn)施加到頂部表面。然后，利用金屬觸點(diǎn)作為干法刻蝕的掩膜向下刻蝕到激光器的p型蓋層。利用選擇性濕法刻蝕向下刻蝕到刻蝕停止層，以便完成激光器的脊型結(jié)構(gòu)。為了鈍化和平面化，通過(guò)PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積，與圖4中的鈍化區(qū)16相比)淀積1.5μm厚的氮化硅層。晶片向下拋光到大約120μm厚，并通過(guò)蒸發(fā)施加由AuGe/Ni/Ti/Pt/Au構(gòu)成的底觸點(diǎn)。然后，將激光器分割開(kāi)，并安裝用作散熱器的硅載體上。在圖9中，示出了制作的激光器產(chǎn)生的光功率隨注入電流的變化曲線。表1.HBT結(jié)構(gòu)層 材料厚度[nm] 摻雜[cm-3]觸點(diǎn)InGaAs 50 n5·1018InP1300n1·1018InGaAsP(λ＝1.3μm)2 n1·1018發(fā)射極 InP200 n5·1017間隔層 InGaAsP(λ＝1.3μm)5 未摻雜基極InGaAsP(λ＝1.3μm)80 p4·1018集電極 9xInGaAsP-(λ＝1.3μm)-8 未摻雜阻擋層張應(yīng)變0.9％8xInGaAsP-(λ＝1.55μ 7 未摻雜m)-量子阱壓應(yīng)變1％集電極 InGaAsP(λ＝1.3μm)40 n1·1017集電極 InP200 n1·1017亞集電極InP500 n1·1018表2激光二極管結(jié)構(gòu)層 材料 厚度[nm] 摻雜[cm-3]觸點(diǎn) InGaAs 50p擴(kuò)散蓋層 InP1300 p擴(kuò)散蝕刻停止層1 InGaAsP(λ＝1.3) 2 p擴(kuò)散蓋層 InP200 p擴(kuò)散p-SCHInGaAsP(λ＝1.3μm)5 p擴(kuò)散p-SCHInGaAsP(λ＝1.3μm)80 p4·1018有源層 9xInGaAsP-(λ＝1.3μ 8 未摻雜m)-阻擋層張應(yīng)變0.9％8xInGaAsP-(λ＝1.55μ 7 未摻雜m)-量子阱壓應(yīng)變1％n-SCHInGaAsP(λ＝1.3μm)40 n1·1017蓋層 InP200 n1·1017蓋層 InP500 n1·1018
圖6和圖7示出了計(jì)算得到的電子/空穴的能帶圖，其中圖6是處于平衡狀態(tài)的HBT結(jié)構(gòu)的能帶圖，圖7是正向偏置的激光二極管結(jié)構(gòu)的能帶圖。
上邊描述了一種邊緣發(fā)射型激光器結(jié)構(gòu)。然而，它也有利于制造面發(fā)射型激光器，這只需要對(duì)一些工藝步驟進(jìn)行較小的調(diào)整。
對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，其它的優(yōu)點(diǎn)和改進(jìn)是顯然的。因此，在更廣范圍內(nèi)的本發(fā)明并不局限于具體的細(xì)節(jié)、有代表性的實(shí)施例和在此描述和示出的實(shí)例。因此，在不偏離附屬權(quán)利要求及其等同物定義的通用發(fā)明概念的宗旨和范圍的條件下，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種在同一襯底上制造晶體管和激光二極管的方法，其特征在于，首先在襯底表面上制作層序列，該層序列在橫向界定襯底的第一選定區(qū)域時(shí)，在第一區(qū)域中形成晶體管結(jié)構(gòu)，在襯底上與第一區(qū)域隔離的第二個(gè)區(qū)域中，通過(guò)向第二區(qū)域中的上層擴(kuò)散物質(zhì)來(lái)改變了層序列中上層的摻雜，在第二個(gè)區(qū)域，進(jìn)行橫向約束，從而在第二區(qū)域中產(chǎn)生激光器結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種方法，其特征在于，制造層序列，使得在第二區(qū)域制作激光器結(jié)構(gòu)時(shí)，層序列中的一層形成激光器結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)或有源區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中任一條的一種方法，其特征在于，在使物質(zhì)擴(kuò)散到第二區(qū)域中的上層的過(guò)程中，上層的摻雜類型由n型摻雜變?yōu)閜型摻雜，或者由p型摻雜變?yōu)閚型摻雜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一條的一種方法，其中，建立的層序列至少包括一個(gè)異質(zhì)結(jié)，這樣，在第一區(qū)域內(nèi)形成的晶體管結(jié)構(gòu)是異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一條的一種方法，其中，建立的層序列包括一個(gè)位于層序列中的異質(zhì)結(jié)，這樣，在第一區(qū)域內(nèi)形成的晶體管結(jié)構(gòu)是異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管，其發(fā)射極和基極之間具有異質(zhì)結(jié)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一條的一種方法，其中，建立層序列，使得層序列中的第一層及層序列中與其直接相鄰的第二層在第一層和第二層之間形成了異質(zhì)結(jié)，在第二區(qū)域的激光器結(jié)構(gòu)中形成了用作激光器結(jié)構(gòu)有源區(qū)的分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(SCH)。
7.權(quán)利要求1-6中任一條的一種方法，其中，建立層序列，使得，在第一區(qū)域的晶體管結(jié)構(gòu)中形成集電極或者成為集電極的一部分的層序列的一層，在第二區(qū)域的激光器結(jié)構(gòu)中形成用作激光器結(jié)構(gòu)有源區(qū)的n型分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(n-SCH)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一條的一種方法，其中，建立層序列，使得，在第一區(qū)域的晶體管結(jié)構(gòu)中形成基極或者成為基極的一部分的其中的一層，在第二區(qū)域的激光器結(jié)構(gòu)中形成用作激光器結(jié)構(gòu)有源區(qū)的p型分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(p-SCH)。
9.包含層序列的襯底，層序列中的各層由半導(dǎo)體材料制作，并且位于襯底表面，其中，層序列包括的各層具有如下順序、成份和摻雜，-當(dāng)襯底表面區(qū)域受到橫向限定時(shí)，該區(qū)域中的層形成晶體管結(jié)構(gòu)，當(dāng)使一種預(yù)定的摻雜劑擴(kuò)散到層序列中的上層之后，上層中的摻雜發(fā)生改變，這樣，當(dāng)襯底表面的區(qū)域受到橫向限定時(shí)，該區(qū)域中的層形成激光器結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的襯底，其中，層序列包括的各層具有如下順序、成份和摻雜，當(dāng)襯底區(qū)域受到橫向限定時(shí)，該區(qū)域中的層形成晶體管結(jié)構(gòu)，形成晶體管結(jié)構(gòu)中的集電極，層序列包含一層，當(dāng)將預(yù)定摻雜劑擴(kuò)散到層序列的上層從而改變了上層的摻雜，并且當(dāng)襯底表面的區(qū)域受到橫向限定時(shí)，該區(qū)域內(nèi)的層形成激光器結(jié)構(gòu)時(shí)，該層形成激光器結(jié)構(gòu)的量子阱結(jié)構(gòu)或者有源區(qū)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9-10中任一條的襯底，其中，層序列包括的各層具有、如下順序、成份和摻雜，當(dāng)將預(yù)定摻雜劑擴(kuò)散到上層之后，上層中的摻雜類型由n型摻雜變?yōu)閜型摻雜，或者由p型摻雜變?yōu)閚型摻雜。
12.根據(jù)權(quán)利要求9-11中任一條的襯底，其中，層序列包括的各層具有如下順序、成份和摻雜，即至少形成一個(gè)異質(zhì)結(jié)，這樣，當(dāng)橫向限定襯底表面的區(qū)域時(shí)，該區(qū)域中的層形成晶體管結(jié)構(gòu)，此晶體管結(jié)構(gòu)是異質(zhì)雙極型晶體管。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-12中任一條的襯底，其中，層序列包括的各層具有如下順序、成份和摻雜，即形成一個(gè)異質(zhì)結(jié)，它位于第一層和第二層之間，當(dāng)橫向限定襯底表面的區(qū)域，從而形成晶體管結(jié)構(gòu)時(shí)，第一層和第二層分別形成晶體管結(jié)構(gòu)的發(fā)射極和基極，晶體管結(jié)構(gòu)是異質(zhì)雙極型晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求9-13中任一條的襯底，其中，層序列包括的各層具有如下順序、成份和摻雜，當(dāng)橫向限定襯底表面的區(qū)域從而形成晶體管結(jié)構(gòu)時(shí)，層序列形成晶體管結(jié)構(gòu)的集電極，當(dāng)將預(yù)定摻雜劑擴(kuò)散到層序列的上層、并且襯底表面的區(qū)域受到橫向限定，從而該區(qū)域中的層形成激光器結(jié)構(gòu)時(shí)，層序列為激光器結(jié)構(gòu)中的有源區(qū)形成n型分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(n-SCH)。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-14中任一條的襯底，其中，層序列包括的各層具有如下順序、成份和摻雜，當(dāng)橫向限定襯底表面的區(qū)域，從而獲得晶體管結(jié)構(gòu)時(shí)，這些層包含在晶體管結(jié)構(gòu)的基極中，當(dāng)將預(yù)定摻雜劑擴(kuò)散到上層、并且襯底的區(qū)域受到橫向限定時(shí)，從而該區(qū)域中的層形成激光器結(jié)構(gòu)時(shí)，這些層形成用作激光器結(jié)構(gòu)中的有源區(qū)的p型分別限制異質(zhì)結(jié)構(gòu)(p-SCH)。
全文摘要
異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管HBT和激光二極管LD由包括多個(gè)半導(dǎo)體層(1－9)的公用外延結(jié)構(gòu)制作。晶體管可以由外延步驟結(jié)束之后得到的材料直接制作。為制作激光二極管,需要通過(guò)向材料中擴(kuò)散(21)鋅來(lái)改變結(jié)構(gòu),這樣最頂層材料層的摻雜劑類型將由n－型轉(zhuǎn)變?yōu)閜－型。這是在晶片上的選定區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的,這樣,晶體管和激光二極管可以單片集成在一起。激光器的有源區(qū)(5)位于晶體管的集電極(3－5),這為元件的設(shè)計(jì)提供了一定的自由度,并且可以對(duì)兩個(gè)元件分別進(jìn)行優(yōu)化。因此,激光器和HBT可以具有相同的結(jié)構(gòu),如同它們分別得到優(yōu)化一樣。例如,激光器可以是垂直注入型,因此,可以得到與分立激光器相同的性能。
文檔編號(hào)H01L21/331GK1246962SQ98802409
公開(kāi)日2000年3月8日 申請(qǐng)日期1998年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月7日
發(fā)明者P·埃瓦爾德松, U·艾利森 申請(qǐng)人:艾利森電話股份有限公司