基于GaAs的光電集成器件及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于GaAs的光電集成器件及其制備方法。光電集成器件包括GaAs襯底、形成在GaAs襯底上的N-GaAs集電區(qū)層、第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)，第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)將N-GaAs集電區(qū)層分隔為第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，在第一區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上由下至上依次形成有第一P-GaAs基區(qū)層、第一N-InGaP發(fā)射區(qū)層、第一N+-InGaAs帽層、器件隔離層、晶體過渡層、N-InP層、i-光吸收層和P-InP層；在第二區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上由下至上依次形成有第二P-GaAs基區(qū)層、第二N-InGaP發(fā)射區(qū)層和第二N+-InGaAs帽層；在第三區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上形成有第三P-GaAs基區(qū)層和第三N型電極。本發(fā)明專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)PIN光電探測器、跨阻放大器和限幅器高度集成。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體制造
，特別是涉及一種。
技術(shù)介紹
自進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，信息產(chǎn)業(yè)迎來超高速發(fā)展，全球數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)爆炸式增長，網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求飛速增長，這為傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展提供了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，因此，大力發(fā)展光纖通信系統(tǒng)成為當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)，而光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展的重點(diǎn)在于發(fā)展光接收機(jī)。目前，主流的光接收機(jī)的接收端架構(gòu)為:PIN光電探測器+跨阻放大器(TIA，trans-1mpedance amplifier) +限幅器，每一層架構(gòu)采用獨(dú)立的芯片，三種獨(dú)立的芯片構(gòu)成一個(gè)完整的接收端，但是這種架構(gòu)存在以下問題:1.系統(tǒng)組裝時(shí)需要調(diào)試，不利于大規(guī)模生產(chǎn)且人為因素的介入會(huì)引入不確定因素，不利于提升接收端的質(zhì)量；2.三種芯片相互獨(dú)立，無法集成，不利小型化設(shè)計(jì)；3.芯片使用數(shù)量較多，不利于降低成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要解決的技術(shù)問題是提供一種，能夠?qū)崿F(xiàn)PIN光電探測器、跨阻放大器和限幅器高度集成。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種基于GaAs的光電集成器件，包括:GaAs襯底；N_GaAs集電區(qū)層，所述N-GaAs集電區(qū)層形成在所述GaAs襯底上；第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)，所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)從所述N-GaAs集電區(qū)層的上表面嵌入延伸至所述N-GaAs集電區(qū)層內(nèi)部，將所述N-GaAs集電區(qū)層分隔為第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，所述第二區(qū)域位于所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)之間；其中，在所述第一區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上由下至上依次形成有第一 P-GaAs基區(qū)層、第一 N-1nGaP發(fā)射區(qū)層、第一 N+-1nGaAs帽層、器件隔離層、晶體過渡層、N-1nP層、i_光吸收層和P-1nP層，所述P-1nP層上形成有第一 P型電極，所述N-1nP層上形成有第一 N型電極；在所述第二區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上由下至上依次形成有第二 P-GaAs基區(qū)層、第二 N-1nGaP發(fā)射區(qū)層和第二 N+-1nGaAs帽層，所述第二 N+-1nGaAs帽層上以及所述第二 P-GaAs基區(qū)層一側(cè)的N-GaAs集電區(qū)層上形成有第二 N型電極，所述第二 P-GaAs基區(qū)層上形成有第二 P型電極；在所述第三區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上形成有第三P-GaAs基區(qū)層和第三N型電極，所述第三P-GaAs基區(qū)層上形成有第三P型電極。優(yōu)選地，所述第一 N型電極與所述N-1nP層之間、所述第一 P型電極與所述P-1nP層之間、所述第二 N型電極與第二 N+-1nGaAs帽層和N-GaAs集電區(qū)層之間、所述第二 P型電極與所述第二 P-GaAs基區(qū)層之間、所述第三N型電極與所述N-GaAs集電區(qū)層之間以及所述第三P型電極與所述第三P-GaAs基區(qū)層之間均形成歐姆接觸。優(yōu)選地，所述N-GaAs集電區(qū)層的厚度為0.5?3微米，摻雜濃度小于或等于5 X 1017cm 3o優(yōu)選地，所述第一 P-GaAs基區(qū)層、所述第二 P-GaAs基區(qū)層和所述第三P-GaAs基區(qū)層的厚度為20?500納米，摻雜濃度大于或等于5X1017cm_3。優(yōu)選地，所述第一 N-1nGaP發(fā)射區(qū)層和所述第二 N-1nGaP發(fā)射區(qū)層的厚度為10?500納米，摻雜濃度大于或等于IX 1017cm_3，且所述第一 N-1nGaP發(fā)射區(qū)層和所述第二N-1nGaP發(fā)射區(qū)層中InGaP的化學(xué)式為InxGa1^P,其中，X為0.49?0.51。優(yōu)選地，所述第一 N+-1nGaAs帽層和所述第二 N+-1nGaAs帽層的厚度為10?200納米，摻雜濃度大于或等于I X 118Cm-3,且所述第一 N+-1nGaAs帽層和所述第二 N+-1nGaAs帽層中InGaAs的化學(xué)式為IriYGa^As，其中，Y為O?I。優(yōu)選地，所述器件隔離層的厚度10?200納米，且所述器件隔離層采用的材料為AlN和/或SiN ;所述晶體過渡層的厚度為O?100納米，且所述晶體過渡層采用的材料為InGaAsP> InGaAs> GaAs 和 InP 中的一種或多種。優(yōu)選地，所述N-1nP層的厚度為50?500納米，摻雜濃度大于或等于I X 118CnT3;所述P-1nP層的厚度為20?500納米，摻雜濃度大于或等于I X 1018cm_3。優(yōu)選地，所述1-光吸收層的厚度為50?500納米，摻雜濃度小于或等于5 X 1017cnT3，且所述1-光吸收層采用的材料為InGaAs，InGaAs的化學(xué)式為InzGapzAs,其中，Z 為 0.52 或 0.53。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的另一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種根據(jù)上述任一種的基于GaAs的光電集成器件的制備方法，包括以下步驟:在GaAs襯底上由下而上依次形成N-GaAs集電區(qū)層、P-GaAs基區(qū)層、N-1nGaP發(fā)射區(qū)層、N+-1nGaAs帽層、器件隔離層、晶體過渡層、N-1nP層、1-光吸收層和P-1nP層；在所述P-1nP層上形成第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)，所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)均從所述P-1nP層的上表面嵌入延伸至所述N-GaAs集電區(qū)層內(nèi)部，其中，所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)將所述N-GaAs集電區(qū)層分隔為第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，所述第二區(qū)域位于所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)之間；去除所述第二區(qū)域和所述第三區(qū)域的P-1nP層以及所述第一區(qū)域的部分P-1nP層，以在所述第一區(qū)域的P-1nP層兩側(cè)露出i_光吸收層；去除所述第二區(qū)域和所述第三區(qū)域的i_光吸收層以及所述第一區(qū)域的部分i_光吸收層，以在所述第一區(qū)域的i_光吸收層兩側(cè)露出N-1nP層；去除所述第二區(qū)域和所述第三區(qū)域的N-1nP層、晶體過渡層和器件隔離層；去除所述第二區(qū)域的部分P-GaAs基區(qū)層、部分N-1nGaP發(fā)射區(qū)層和N+-1nGaAs帽層，以露出部分N-GaAs集電區(qū)層以及在所述第二區(qū)域的N-1nGaP發(fā)射區(qū)層兩側(cè)露出P-GaAs基區(qū)層，并去除所述第三區(qū)域的N-1nGaP發(fā)射區(qū)層、N+-1nGaAs帽層和部分P-GaAs基區(qū)層，以露出部分N-GaAs集電區(qū)層；在所述第一區(qū)域的P-1nP層上形成有第一 P型電極以及所述N-1nP層上形成有第一 N型電極，在所述第二區(qū)域的第二 N+-1nGaAs帽層和N-GaAs集電區(qū)層上形成有第二 N型電極以及第二 P-GaAs基區(qū)層上形成有第二 P型電極，在所述第三區(qū)域的N-GaAs集電區(qū)層上形成第三N型電極以及第三P-GaAs基區(qū)層上形成第三P型電極。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)的情況，本專利技術(shù)的有益效果是:通過在同一襯底上集成InP基PIN光電探測器、InGaP HBT (磷化鎵銦異結(jié)雙極晶體管)跨阻放大器和GaAs基PN限幅器，并通過第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)隔離，使得InP基PIN光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電流信號送至HBT，同時(shí)，HBT中PN結(jié)形成PN限幅器，從而能夠?qū)崿F(xiàn)PIN光電探測器、跨阻放大器和限幅器高度集成，可以增加芯片功能，提高集成度，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低尺寸和成本。【附圖說明】圖1是本專利技術(shù)實(shí)施例基于GaAs的光電集成器件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2?圖7是本專利技術(shù)實(shí)施例基于GaAs的光電集成器件的制備流程圖。【具體實(shí)施方式】下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于GaAs的光電集成器件，其特征在于，包括：GaAs襯底；N?GaAs集電區(qū)層，所述N?GaAs集電區(qū)層形成在所述GaAs襯底上；第一隔離區(qū)和第二隔離區(qū)，所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)從所述N?GaAs集電區(qū)層的上表面嵌入延伸至所述N?GaAs集電區(qū)層內(nèi)部，將所述N?GaAs集電區(qū)層分隔為第一區(qū)域、第二區(qū)域和第三區(qū)域，所述第二區(qū)域位于所述第一隔離區(qū)和所述第二隔離區(qū)之間；其中，在所述第一區(qū)域的N?GaAs集電區(qū)層上由下至上依次形成有第一P?GaAs基區(qū)層、第一N?InGaP發(fā)射區(qū)層、第一N+?InGaAs帽層、器件隔離層、晶體過渡層、N?InP層、i?光吸收層和P?InP層，所述P?InP層上形成有第一P型電極，所述N?InP層上形成有第一N型電極；在所述第二區(qū)域的N?GaAs集電區(qū)層上由下至上依次形成有第二P?GaAs基區(qū)層、第二N?InGaP發(fā)射區(qū)層和第二N+?InGaAs帽層，所述第二N+?InGaAs帽層上以及所述第二P?GaAs基區(qū)層一側(cè)的N?GaAs集電區(qū)層上形成有第二N型電極，所述第二P?GaAs基區(qū)層上形成有第二P型電極；在所述第三區(qū)域的N?GaAs集電區(qū)層上形成有第三P?GaAs基區(qū)層和第三N型電極，所述第三P?GaAs基區(qū)層上形成有第三P型電極。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳一峰，陳勇波，
申請(專利權(quán))人：成都嘉石科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：四川;51