GaAs基HBT和長(zhǎng)波長(zhǎng)諧振腔單片集成光探測(cè)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體材料及器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種單片砷化鎵(GaAs)基異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)和諧振腔增強(qiáng)型(RCE)光電集成探測(cè)器的結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)具有高頻、高功率密度、高功率附加率以及良好的線性而倍受人沒(méi)關(guān)注，在微波、毫米波頻段以及告訴集成電路中有著廣泛的應(yīng)用，大量應(yīng)用于軍事、太空和民用通訊領(lǐng)域，如毫米波雷達(dá)、電子戰(zhàn)、智能裝備、衛(wèi)星通訊和輻射天文學(xué)等。
[0003]諧振腔增強(qiáng)型(RCE)光電探測(cè)器具有波長(zhǎng)選擇特性，無(wú)須外加濾波器，還能與MEMS等技術(shù)相結(jié)合，具備探測(cè)波長(zhǎng)大范圍調(diào)諧能力，因此，在密集波分復(fù)用(DWDM)光纖通信系統(tǒng)中有著很好的應(yīng)用前景。
[0004]長(zhǎng)波長(zhǎng)InP基RCE光探測(cè)器在發(fā)展過(guò)程中遇到了一定的困難，現(xiàn)有InP系材料的折射率差不大，制作InP系高反射率的DBR需要的對(duì)數(shù)非常多，外延生長(zhǎng)非常困難。相比之下，GaAs/AlAs結(jié)構(gòu)的DBR由于兩種材料的折射率差比較大，只需較少的對(duì)數(shù)即能獲得較高的反射率，并且反射帶寬較寬，從而提高了 RCE光探測(cè)器的量子效率。
[0005]所以，將GaAs基HBT和長(zhǎng)波長(zhǎng)(1.55 μ m) RCE成在同一塊襯底上，形成單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)器件的單片集成是本發(fā)明的一個(gè)重要價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種GaAs基HBT和長(zhǎng)波長(zhǎng)諧振腔單片集成光探測(cè)器，以將GaAs基HBT和RCE集成在同一塊襯底上，實(shí)現(xiàn)單片集成GaAs基HBT和RCE。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種GaAs基HBT和長(zhǎng)波長(zhǎng)諧振腔單片集成光探測(cè)器，該探測(cè)器由GaAs基HBT和RCE兩部分組成，所述GaAs基HBT和所述RCE被腐蝕截止層InGaP隔開(kāi)；所述GaAs基HBT由在GaAs襯底上依次分子束外延生長(zhǎng)的緩沖層GaAs、集電區(qū)GaAs、非摻雜間隔層GaAs、P+型摻雜基區(qū)GaAs、非摻雜間隔層GaAs、發(fā)射區(qū)Ina49Gaa51P'蓋帽層GaAs構(gòu)成；所述腐蝕截止層InGaP在所述N型高摻雜蓋帽層GaAs上分子束外延生長(zhǎng)而成；所述RCE由在腐蝕截止層InGaP上依次分子束外延生長(zhǎng)的25對(duì)λ 0/4光學(xué)厚度的GaAs/AlAs DBR反射底鏡、p接觸層GaAs、擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs、部分耗盡吸收層InGaAs、吸收層Ina5Gaa5As、漂移增強(qiáng)層InAlGaAs、異變緩沖層/n接觸層InAlGaAs和8對(duì)GaAs/AlAsDBR反射頂鏡構(gòu)成。
[0008]上述方案中，所述緩沖層GaAs用于為后續(xù)外延層的生長(zhǎng)提供平整的界面；該緩沖層GaAs的厚度為500nmo
[0009]上述方案中，所述集電區(qū)GaAs的厚度為600nm。
[0010]上述方案中，所述P+型摻雜基區(qū)GaAs的厚度為lOOnm。
[0011]上述方案中，所述非摻雜間隔層的厚度為5nm。
[0012]上述方案中，所述發(fā)射區(qū)的厚度為50nm。
[0013]上述方案中，所述η+型蓋帽層GaAs厚度為lOOnm。
[0014]上述方案中，所述腐蝕截止層InGaP用于將HBT和RCE的外延結(jié)構(gòu)隔開(kāi)，在腐蝕過(guò)程中起到腐蝕截止作用；該腐蝕截止層InGaP的厚度為3nm。
[0015]上述方案中，所述溝道層Ina2Gaa8As的厚度為12nm，所述勢(shì)皇層Ala22Gaa78As的厚度為15nm。
[0016]上述方案中，所述DBR反射底鏡由25對(duì)λ。/4光學(xué)厚度GaAs/AlAs構(gòu)成。
[0017]上述方案中，所述P接觸層GaAs厚5nm。
[0018]上述方案中，所述擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs厚135nm。
[0019]上述方案中，所述部分耗盡吸收層InGaAs厚150nm。
[0020]上述方案中，所述吸收層InGaAs厚lOOnm。
[0021]上述方案中，所述漂移增強(qiáng)層InAlGaAs厚465nm。
[0022]上述方案中，所述異變緩沖層/n接觸層InAlGaAs厚2000nm。
[0023]上述方案中，所述DBR反射頂鏡由8對(duì)GaAs/AlAs構(gòu)成。
[0024]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的這種單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)，是在常規(guī)GaAs基HBT外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，生長(zhǎng)了腐蝕截止層InGaP、GaAs/AlAs DBR反射底鏡、P接觸層GaAs、擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs、部分耗盡吸收層InGaAs、吸收層Ina5Gaa5AsdM移增強(qiáng)層InAlGaAs、異變緩沖層/n接觸層InAlGaAs和GaAs/AlAs DBR反射頂鏡用來(lái)實(shí)現(xiàn)RCE。InGaP將HBT和RCE隔開(kāi)，并在腐蝕過(guò)程中，起到腐蝕截止作用。HBT和RCE兩部份晶格不匹配，通過(guò)異變緩沖層/n接觸層將下層GaAs系晶格常數(shù)材料逐漸過(guò)渡為上層InGaAs材料晶格常數(shù)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的工藝，可以達(dá)到單片集成GaAs基HBT和RCE的目的。
[0025]另外，本發(fā)明提供的這種單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)，還有利于減小器件尺寸，縮短傳輸線長(zhǎng)度，減少RC延遲時(shí)間。
[0026]另外，本發(fā)明提供的這種單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的電路，例如單片集成HBT放大器和RCE。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1是單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0028]圖中:1、GaAs襯底，2、緩沖層GaAs，3、集電區(qū)GaAs，4、非摻雜間隔層GaAs，5、P+型摻雜基區(qū)GaAs，6、非摻雜間隔層GaAs，7、發(fā)射區(qū)Ina49Gaa51P, 8、N型高摻雜蓋帽層GaAs，9、腐蝕截止層InGaP，10、GaAs/AlAs DBR反射底鏡，11、p接觸層GaAs，12、擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs，13、部分耗盡吸收層InGaAs，14、吸收層Ina5Gaa5As，15、漂移增強(qiáng)層InAlGaAs，16、異變緩沖層/n接觸層InAlGaAs，17、GaAs/AlAs DBR反射頂鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0029]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。
[0030]本發(fā)明提供的這種單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)，是在常規(guī)GaAs基HBT外延結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，生長(zhǎng)了腐蝕截止層Ina5Gaa5P'GaAs/AlAs DBR反射底鏡、p接觸層GaAs、擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs、部分耗盡吸收層Ina5Gaa5As、吸收層Ina5Gaa5As、漂移增強(qiáng)層InAlGaAs、異變緩沖層/n接觸層InxAla4Ga1H4As和GaAs/AlAs DBR反射頂鏡用來(lái)實(shí)現(xiàn)RCE。InGaP將HBT和RCE隔開(kāi)，并在腐蝕過(guò)程中，起到腐蝕截止作用。HBT和RCE兩部份晶格不匹配，通過(guò)異變緩沖層/n接觸層將下層GaAs系晶格常數(shù)材料逐漸過(guò)渡為上層InGaAs材料晶格常數(shù)，經(jīng)過(guò)相應(yīng)的工藝，可以達(dá)到單片集成GaAs基HBT和RCE的目的。
[0031]常規(guī)GaAs基HBT材料結(jié)構(gòu)由在GaAs襯底上依次生長(zhǎng)的緩沖層GaAs、集電區(qū)GaAs、非摻雜間隔層GaAs、P+型摻雜基區(qū)GaAs、非摻雜間隔層GaAs、發(fā)射區(qū)Ina49Gaa51P'蓋帽層GaAs構(gòu)成。
[0032]RCE材料結(jié)構(gòu)由在GaAs襯底上依次生長(zhǎng)的GaAs/AlAs DBR反射底鏡、p接觸層GaAs、擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs、部分耗盡吸收層Ina5Gaa5As、吸收層Ina5Gaa5As、漂移增強(qiáng)層InAlGaAs、異變緩沖層/n接觸層InxAla4Ga1H4As和GaAs/AlAs DBR反射頂鏡構(gòu)成。
[0033]如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的單片集成GaAs基HBT和RCE材料結(jié)構(gòu)的示意圖，該結(jié)構(gòu)由GaAs基HBT和RCE部分組成，所述GaAs基HBT和所述RCE被腐蝕截止層InGaP隔開(kāi)。
[0034]所述GaAs基HBT由在GaAs襯底上依次分子束外延生長(zhǎng)的緩沖層GaAs、集電區(qū)GaAs、非摻雜間隔層GaAs、P+型摻雜基區(qū)GaAs、非摻雜間隔層GaAs、發(fā)射區(qū)Ina49Gaa51P'蓋帽層GaAs構(gòu)成。
[0035]所述腐蝕截止層InGaP在所述N型高摻雜蓋帽層GaAs上分子束外延生長(zhǎng)而成。
[0036]所述RCE由在腐蝕截止層InGaP上依次分子束外延生長(zhǎng)的GaAs/AlAs DBR反射底鏡、P接觸層GaAs、擴(kuò)散阻擋層InAlGaAs、部分耗盡吸收層Ina5Gaa5As、吸收層Ina5Gaa5As、漂移增強(qiáng)層InAlGaAs、異變緩沖層/n接觸層InxAla4Ga1^4As和GaAs/AlAs DBR反射頂鏡構(gòu)成。
[0037]所述緩沖層GaAs用于為后續(xù)外延層的生長(zhǎng)提供平整的界面；該緩沖層GaAs的厚度為500nm，η+型摻雜，摻雜濃度為5xl018cnT3。
[0038]上述方案中，所述集電區(qū)GaAs