[发明专利]一种晶体管激光器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，特别涉及一种晶体管激光器及其制作方法。

背景技术

2005年，美国依利诺依大学的一个研究小组在世界上首先报道了一种称为异质结双极型晶体管激光器的半导体器件[Appl.Phys.Lett.Vol.87，P.131103(2005).]，仅利用较为简单的外延及制作工艺该器件同时实现了激光器的发光功能和晶体管的放大功能。与普通晶体管的不同之处在于，晶体管的基区中引入了一个量子阱。在一定的基极一集电极电压下，电子会由集电区注入基区，在量子阱区与空穴复合发光。光波在前后两个解理腔反射镜面之间来回反射得到放大，超过一定强度后由端面出射。因此，这种器件不仅有常规晶体管的电信号放大功能，同时还具备了由电信号向光信号转换的功能[IEEE Spectrum，Vol 43，P.50(2006)]。正因有此特点，晶体管激光器将有可能在光子互联、光电子集成(OEIC)以及光信号处理等方面发挥巨大作用。

在所报道的浅脊型晶体管激光器结构中，量子阱有源区被置于基区之中，对于NPN型器件这个结构有一个明显的缺点：在使用能够对空穴浓度进行线性控制的Zn作为p型掺杂杂质时，Zn容易从上下两个方向扩散到有源区之中，导致有源区材料质量显著下降，恶化器件发光性能[J.Appl.Phys.，Vol 103，P.114505(2008)]。在已报道的深脊型晶体管激光器中[Optics Letters，Vol 36 P.3206(2011)]，量子阱有源层被置于基极层之上，从而避免了Zn从上方向量子阱的扩散.但InP基深脊型晶体管激光器的有源层与基极层材料均为InGaAsP或者InGaAlAs，这给器件发射极波导的制作带来了困难，波导的高度只能由干法或湿法刻蚀的时间控制，存在很大的误差，导致器件性能的波动。另外，深脊型晶体管激光器量子阱有源区侧壁处于暴露状态，大量的悬挂键等缺陷导致了载流子严重的非辐射复合，使得采用深脊波导结构的激光器件的性能明显恶化。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种晶体管激光器的制作方法，以提高器件发射极波导的制作精度，同时减少载流子非辐射复合的影响，制作高性能晶体管激光器。

本发明提供了一种晶体管激光器的制作方法，其包括如下步骤：

步骤1、选择一衬底；

步骤2、在衬底上表面依次生长缓冲层、下集电极层、集电极层、基极层及电流阻挡层；

步骤3、选择性腐蚀掉一部分电流阻挡层；

步骤4、依次生长有源层、发射极层及接触层；

步骤5、在被腐蚀掉一部分电流阻挡层区域之上腐蚀制作发射极脊波导至电流阻挡层；

步骤6、分别制作发射极电极、基极电极和集电极电极。

本发明还提供了一种晶体管激光器，其包括：

衬底；

依次生长在衬底上表面的缓冲层、下集电极层、集电极层、基极层、电流阻挡层、有源层、发射极层和接触层；其中，所述电流阻挡层有部分区域被腐蚀形成有至少一个窗口；

发射极脊波导，其通过腐蚀有源层、发射极层和接触层而制作在所述电流阻挡层被腐蚀掉的区域之上；

发射极电极；

基极电极；

集电极电极。

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

器件基极层材料与有源层材料间的电流阻挡层可以作为发射极波导刻蚀的停止层，从而可以高精度的控制波导高度。通过选择性腐蚀掉发射极波导下的InP层材料，避免了该层材料对载流子在发射极与基极间流动的阻挡，又同时形成了对载流子侧向扩散的限制，有利于减少载流子在有源区侧壁的非辐射复合。这些措施可明显提高器件性能。

附图说明

为进一步说明本发明的内容，以下结合实施例及附图对本发明进行进一步描述，其中：

图1-图5为本发明中晶体管激光器器件的制作工艺流程示意图。

图6为本发明中有源层材料结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

请参阅图1至图6所示，以InP基器件为例，本发明提供一种晶体管激光器的制作方法，包括如下步骤：

步骤1、选择衬底10；所述衬底可以是InP衬底，或是GaAs衬底，或是GaN衬底，或是SiC衬底，或是Si衬底；