一種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器（T?VCSEL），屬于集成光電子器件技術領域。該T?VCSEL包括：按照外延生長的次序依次排布的緩沖層、下端面分布式布拉格反射鏡、集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)、上端面分布式布拉格反射鏡，以及分別與集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)導通的集電極、基極電極、發(fā)射極電極；所述基極區(qū)中設置有量子阱有源區(qū)；所述集電極設置于所述緩沖層的背面；緩沖層與下端面分布式布拉格反射鏡具有與集電極區(qū)相同的摻雜類型。本發(fā)明可以將從發(fā)射極區(qū)注入的載流子在集電極區(qū)的傳輸路徑長度從現(xiàn)有的數(shù)十微米縮短至幾微米，從而有效減少內(nèi)阻的電壓降對于器件工作狀態(tài)的控制所產(chǎn)生的不利影響，同時改善集電極區(qū)內(nèi)電勢的橫向分布。
【專利說明】
一種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器(Transistor Vertical-CavitySurface-Emitting Laser，簡稱T-VCSEL)，屬于集成光電子器件技術領域。
【背景技術】
[0002]基于II1-V族材料的高速垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)由于出射光束易于光纖耦合、閾值電流低、直調(diào)帶寬大、支持片上檢測、易于實現(xiàn)二維陣列、生產(chǎn)成本低廉等優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應用于短距離光通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)中心以及USB，PCI Express，HDMI等消費類電子產(chǎn)品中。目前，全球主要的VCSEL制造商均已推出覆蓋850nm至1550nm波長、單通道速率為25Gb/s的產(chǎn)品。但隨著包括片上、片間在內(nèi)的短距離光通信對帶寬需求的不斷提升，如何進一步提高VCSEL的直調(diào)帶寬便成了人們關注的焦點。當前，拓展VCSEL直調(diào)帶寬的主要機理有:縮短腔內(nèi)光子壽命以及減小器件的寄生效應和熱效應。基于這些機理形成的主要手段包括縮小器件的尺寸和諧振腔長度、操控模式的腔內(nèi)損耗、以及采用導熱性更為優(yōu)良的材料等。由此帶來的性能改良已經(jīng)將VCSEL的直調(diào)帶寬提升到了28GHz(無誤碼傳輸速率提高到了57Gb/s)，但此帶寬仍然無法有效應對2020年單通道短距離通信100Gb/s的發(fā)展趨勢。
[0003]光子器件和系統(tǒng)高密度單片集成的發(fā)展趨勢，要求器件具備低功耗、多功能的特點。在此趨勢下，研制兼具高能效、大帶寬的創(chuàng)新型多功能光子器件成為滿足實際應用需求的可靠解決途徑。針對傳統(tǒng)垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)器件面臨的功能單一和直調(diào)帶寬瓶頸，一直以來，研究者們就在嘗試將同樣基于II1-V的晶體管結構融入包括VCSEL在內(nèi)的激光器設計中，探索新型光電器件所具有的獨特功能特征及其應用，早在1980年，集成光子學奠基者、加州理工大學著名教授A.Yariv等就嘗試將異質(zhì)結雙極性晶體管(HBT)和邊發(fā)射半導體激光器集成到同一塊芯片上，用HBT驅(qū)動激光器發(fā)光；2010年，荷蘭飛利浦公司(CN102474072 B)將光電三極管結構集成于VCSEL的下端面布拉格反射鏡之中(VCSEL有源區(qū)位于三極管結構外部)，利用光電三極管的開關來控制VCSEL中載流子的運動方向。近年來，相關領域的主要研究方向逐漸集中在利用晶體管中基于其載流子動力學特征的超高響應速度帶動VCSEL直調(diào)帶寬的提升。2004年，美國伊利諾伊州立大學的M.Feng和LED的
【發(fā)明人】N.Holonyak首次提出將量子阱(QW)引入基于GaAs材料HBT的基極區(qū)，并于2005年獲得了首個常溫下有光輸出的T-laser(參見[M.Feng，N.Holonyak，G.Walter and R.Chan, “Roomtemperature continuous wave operat1n of a heterojunct1n bipolar transistorlaser” ,Applied Physics Letters,vo1.87,n0.13,p.131103(2005)])。與傳統(tǒng)laser相比，當T-1aser處于放大工作狀態(tài)時，從發(fā)射區(qū)進入基區(qū)的少數(shù)載流子除了部分參與受激輻射夕卜，剩余的載流子能夠在反向偏壓的基極-集電極作用下迅速從厚度很薄的基極區(qū)逃逸至集電極區(qū)，因而有效避免了存在于傳統(tǒng)laser中的光子與載流子的諧振效應，抑制了高速調(diào)制時諧振頻率的產(chǎn)生，實現(xiàn)提升調(diào)制帶寬的功能。而T-VCSEL在T-1aser的基礎上還擁有諸如圓形出射光束易于耦合，閾值電流低，支持片上檢測，易于實現(xiàn)二維陣列，生產(chǎn)成本低廉等獨特優(yōu)勢，T-VCSEL的制作工藝不僅與基于同樣材料的微波器件兼容，其垂直光出射特性更有利于與微波電器件的平面集成。
[0004]為了進一步提高晶體管垂直腔面發(fā)射激光器的光輸出效率，瑞典皇家工學院申請的發(fā)明專利SE: 2013051451:W(US: 201314648993:A)中公開了一種新型的晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其基本結構如圖1所示。與現(xiàn)有其它T-VCSEL器件的總體結構相同，按外延生長的順序SE:2013051451: W中的T-VCSEL器件可以分為緩沖層、下端面分布式布拉格反射鏡(DBR)、集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)以及上端面分布式布拉格反射鏡(DBR)六個主要組成部分以及分別與集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)導通的集電極、基極電極、發(fā)射極電極，量子阱有源區(qū)設置于基極區(qū)中。該方案的主要創(chuàng)新之處主要為幾下幾點:
[0005]1、器件的總體結構采用PNP型:在此之前的T-VCSEL采用的是NPN型結構，由于在基極區(qū)量子阱之上的導電層中不可避免的使用P型摻雜(一般是Zn或C)，不僅造成比N型雜質(zhì)高的多的光吸收，更重要的是存在P型受主雜質(zhì)離子向量子阱內(nèi)的擴散的現(xiàn)象，伴隨產(chǎn)生的量子阱混合效應將嚴重影響其發(fā)光性能。為此，該方案的總體結構采用PNP型，即器件中的集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)的摻雜類型依次為P型、N型、P型。采用摻Si的N型基極區(qū)可以保持量子阱材料的完整性，從而使之具有與本征InGaAs量子阱相接近的發(fā)光效率。
[0006]2、電介質(zhì)型上端面反射鏡:該方案采用周期性結構的電介質(zhì)材料Si02與無定形Si作為上端面DBR的組成成分，具有十分突出的優(yōu)越性，與其它采用周期性導電層AlGaAs/GaAs的DBR相比。該結構將DBR的厚度從幾十微米的減小為2-3微米，極大縮減了載流子在發(fā)射極中的運動路徑，減小了相關內(nèi)阻上熱效應與電壓降，提高了輸出光功率。
[0007]3、發(fā)射極區(qū)的載流子限制注入方式:T-VCSEL結構必須引入載流子限制注入方式來實現(xiàn)受激輻射所需要的閾值增益。專利SE: 2013051451:W中分別設計了反向偏壓的PN結與反向偏壓的掩埋隧道結來實現(xiàn)橫向的載流子限制注入。與反向偏壓的PN結相比，反向偏壓的掩埋隧道結可以有效降低寄生電容效應，其等效電阻隨驅(qū)動電流增大而減小;采用該結構后原本P型發(fā)射區(qū)中，部分P型層結構被N型層結構所取代，因此有助于輸出光功率的提高(P型受主雜質(zhì)離子的光吸收遠高于N型施主雜質(zhì)離子)；此外，還具有簡化工藝的作用，掩埋隧道結結構只需二次外延工藝，而反向偏壓PN結結構需要二次與三次外延工藝。
[0008]綜上可知，專利SE: 2013051451: W所提出的T-VCSEL結構可有效提升光輸出效率。然而，無論是專利SE: 2013051451:W所提出的T-VCSEL結構還是其他現(xiàn)有T-VCSEL結構，普遍存在一個關鍵問題，制約了器件性能的進一步提高:T-VCSEL隨輸入電流的增加，器件的工作狀態(tài)從放大迅速轉變?yōu)轱柡?，從而失去增強調(diào)制帶寬的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術所存在的隨輸入電流增加而失去增強調(diào)制帶寬功能的不足，提供一種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，通過T-VCSEL器件結構的改進，能夠迫使載流子的運動方式以中心處的垂直運動為主，減少串聯(lián)內(nèi)阻引起的電壓降，提高有源區(qū)的發(fā)光與載流子運輸效率。
[0010]本發(fā)明具體采用以下技術方案解決上述技術問題:
[0011]—種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，包括:按照外延生長的次序依次排布的緩沖層、下端面分布式布拉格反射鏡、集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)、上端面分布式布拉格反射鏡，以及分別與集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)導通的集電極、基極電極、發(fā)射極電極;所述基極區(qū)中設置有量子阱有源區(qū)；所述集電極設置于所述緩沖層的背面;緩沖層與下端面分布式布拉格反射鏡具有與集電極區(qū)相同的摻雜類型。
[0012]進一步地，所述集電極區(qū)設置有氧化物層，用于限制器件非中心位置處基極電極-集電極之間垂直方向的載流子運動。
[0013]進一步地，所述基極區(qū)包括分別位于垂直方向的上導電層和下?lián)诫s層，以及設置于上導電層與下?lián)诫s層之間的量子阱有源區(qū)；所述量子阱有源區(qū)包括沿垂直方向的一組疊層，每個疊層由勢皇層和量子阱層構成，所述勢皇層具有與所述上導電層和下?lián)诫s層相同的摻雜類型。其中，勢皇層、上導電層、下?lián)诫s層這三者具有相同的摻雜濃度;或者，上導電層的摻雜濃度大于下?lián)诫s層的摻雜濃度，各勢皇層的摻雜濃度介于上導電層與下?lián)诫s層的摻雜濃度之間，且各勢皇層的摻雜濃度隨著與上導電層之間距離的增大而減小。
[0014]本發(fā)明還可進一步結合專利SE:2013051451: W中所提出的結構創(chuàng)新，從而得到以下三種優(yōu)選方案:
[0015]所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器的整體結構為PNP型。。
[0016]所述上端面分布式布拉格反射鏡為電介質(zhì)型分布式布拉格反射鏡，其為由Si02與無定形Si沿垂直方向周期性排布的周期性結構。
[0017]所述發(fā)射極區(qū)具有反向偏壓的掩埋隧道結或者反向偏壓的PN結，以實現(xiàn)橫向的載流子限制注入。
[0018]本發(fā)明晶體管垂直腔面發(fā)射激光器可以為GaAs基、或InP基、或GaN基晶體管垂直腔面發(fā)射激光器。
[0019]相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明技術方案具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明通過將集電極調(diào)整至器件層結構的底部，可以將從發(fā)射極區(qū)注入的載流子在集電極區(qū)的傳輸路徑長度從現(xiàn)有的數(shù)十微米縮短至幾微米，從而有效減少內(nèi)阻的電壓降對于器件工作狀態(tài)的控制所產(chǎn)生的不利影響，同時改善集電極區(qū)內(nèi)電勢的橫向分布。
[0021]本發(fā)明進一步在集電極區(qū)引入氧化物限制層起到限制載流子注入的作用，能夠阻斷器件邊緣位置基極-集電極之間垂直方向的載流子運動，確保載流子的主要運動路徑和方向為沿中心注入?yún)^(qū)的垂直方向運動，消除由于器件內(nèi)部橫向電勢分布不均勻?qū)ぷ鳡顟B(tài)的影響。
[0022]本發(fā)明進一步在基極區(qū)采用調(diào)制摻雜的方式，即將原來不摻雜的勢皇層改為與基極區(qū)的導電層相同的摻雜類型，從而消除了原來存在于基極導電層與本征勢阱層之間的能帶勢皇，進一步降低基極區(qū)的內(nèi)阻及電子的累積效應，有助于基極區(qū)中的電子往本征量子阱中的擴散運動。本發(fā)明進一步在基極區(qū)采用漸變的調(diào)制摻雜方式，引入不同濃度層結構間的內(nèi)建電場來加速注入基極區(qū)的少數(shù)載流子往集電極區(qū)的擴散漂移。
[0023]本發(fā)明晶體管垂直腔面發(fā)射激光器可使用現(xiàn)有成熟的半導體工藝制備，生產(chǎn)成本較低。
【附圖說明】
[0024]圖1為一種現(xiàn)有的T-VCSEL器件結構示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明對集電極區(qū)的改進原理示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明對基極區(qū)的改進原理示意圖；
[0027]圖4a?圖4h為具體實施例中各工序的產(chǎn)品狀態(tài)。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案進行詳細說明:
[0029]現(xiàn)有T-VCSEL存在一個重要缺陷:隨輸入電流的增加，器件的工作狀態(tài)從放大迅速轉變?yōu)轱柡?，從而失去增強調(diào)制帶寬的功能。其本質(zhì)原因在于:由于載流子的限制注入，受激輻射主要發(fā)生在處于器件中心處附件的有源區(qū)，然而載流子整體的運動路徑除了包含沿器件中心處的垂直方向，還包括了由于對應電極位置所帶來的水平方向，且后者的路徑長度遠大于前者，這一點在集電極區(qū)表現(xiàn)的尤為明顯，整個器件的層結構厚度不過幾個微米，而集電極距離器件中心處的位置在幾十微米以上，隨著電流的增大，將在水平方向的內(nèi)阻上產(chǎn)生相應的電壓降，由此而削弱電極對器件中心處電勢的控制能力，并改變器件的工作狀態(tài)。
[0030]根據(jù)上述分析，本發(fā)明的思路是通過T-VCSEL器件結構的改良設計，迫使載流子的運動方式以中心處的垂直運動為主，減少器件結構的寄生內(nèi)阻引起的電壓降，提高有源區(qū)的發(fā)光與載流子運輸效率。本發(fā)明對T-VCSEL器件結構的改進具體如下:
[0031]首先對集電極區(qū)進行改進。在現(xiàn)有的T-VCSEL器件結構中，如圖1所示，集電極的位置處于基極區(qū)臺階的外側上方，與發(fā)射極電極、基極電極相比，離器件中心軸(載流子主要集中區(qū)域)距離最遠，導致從發(fā)射極區(qū)注入的載流子經(jīng)過橫向幾十微米的傳輸路徑才能到達集電極，由此產(chǎn)生的內(nèi)阻及電壓降對于器件工作狀態(tài)的控制不利。針對這一問題，如圖2所示，本發(fā)明將集電極的位置調(diào)整至器件層結構的底部(即緩沖層的背面)，可以將載流子在集電極區(qū)的路徑長度縮短至幾微米，同時改善集電極區(qū)內(nèi)電勢的橫向分布。由于將集電極位置調(diào)整至器件底部，為了實現(xiàn)集電極與集電極區(qū)的電導通，位于集電極與集電極區(qū)之間的緩沖層、下端面分布式布拉格反射鏡需要具有與集電極區(qū)相同的摻雜類型。例如，如基于專利SE: 2013051451:W中的結構來實現(xiàn)上述集電極位置的調(diào)整，則其中的下端面DBR要由原來的不參與導電變成參與導電，因此其摻雜方式應由原來專利SE:2013051451:W中的不摻雜變?yōu)镻型摻雜，摻雜元素為Zn或者C;同樣地，緩沖層GaAs必須由專利SE: 2013051451: W中的本征型變成P型，襯底由原來的半絕緣型變成P型。
[0032]將集電極移至器件底部之后，集電極區(qū)電勢的橫向分布將非常均勻，然而由于基極位置仍然處于基極臺階上的邊緣，而發(fā)射極區(qū)的載流子是從中心軸處注入的，因此基極區(qū)仍然存在電勢橫向分布的不均勻現(xiàn)象，導致邊緣處基極電極-集電極比中心位置處提前從反向偏壓轉入正向偏壓工作狀態(tài)從而產(chǎn)生集電極漏電流，影響器件工作狀態(tài)的穩(wěn)定。為此，如圖2所示，本發(fā)明進一步在集電極區(qū)引入氧化物層以起到限制載流子注入的作用，能夠阻斷器件邊緣位置基極-集電極之間垂直方向的載流子運動，確保載流子的主要運動路徑和方向為沿中心注入?yún)^(qū)的垂直方向運動，消除由于器件內(nèi)部橫向電勢分布不均勻?qū)ぷ鳡顟B(tài)的影響。
[0033]本發(fā)明還進一步對基極區(qū)進行了改進，在基極區(qū)采用調(diào)制摻雜的方式，即將原來不摻雜的勢皇層改為與基極區(qū)的導電層相同的摻雜類型，從可消除了原來存在于基極導電層與本征勢阱層之間的能帶勢皇，進一步降低基極區(qū)的內(nèi)阻及電子的累積效應，有助于基極區(qū)中的電子往本征量子阱中的擴散運動。具體地，改進后的基極區(qū)包括分別位于垂直方向的上導電層和下?lián)诫s層，以及設置于上導電層與下?lián)诫s層之間的量子阱有源區(qū)；所述量子阱有源區(qū)包括沿垂直方向的一組疊層，每個疊層由勢皇層和量子阱層構成，所述勢皇層具有與所述上導電層和下?lián)诫s層相同的摻雜類型。仍以對專利SE: 2013051451:W中結構進行改進為例，如圖3所示，將原來不摻雜的GaAs勢皇層改為與基極區(qū)上導電層相同的N型摻雜濃度，其作用是消除原來存在于N型GaAs導電層與本征GaAs層之間的能帶勢皇，進一步降低基極區(qū)的內(nèi)阻及電子的累積效應，有助于基極區(qū)中的電子往本征InGaAs量子阱中的擴散運動。
[0034]上述改進后基極區(qū)中的上導電層、下?lián)诫s層以及各個勢皇層作為一個整體可以采用均勻摻雜的方式，即上導電層、下?lián)诫s層以及各個勢皇層均采用相同的摻雜濃度;或者采用(上導電層的摻雜濃度〉勢皇層的摻雜濃度〉下?lián)诫s層的摻雜濃度)的漸變摻雜的方式，即上導電層的摻雜濃度大于下?lián)诫s層的摻雜濃度，各勢皇層的摻雜濃度介于上導電層與下?lián)诫s層的摻雜濃度之間，且各勢皇層的摻雜濃度隨著與上導電層之間距離的增大而減小，由此引入的基極區(qū)內(nèi)建電場將有助于進入該區(qū)域的少數(shù)載流子繼續(xù)往集電極區(qū)的擴散漂移運動。
[0035]上述改進的T-VCSEL器件結構方案不僅適用于GaAs襯底及相應的材料體系，同樣可以適用于I nP襯底、GaN襯底及其對應的材料體系。
[0036]通過對現(xiàn)有T-VCSEL器件的集電極區(qū)、基極區(qū)的結構改進，本發(fā)明晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，能夠迫使載流子的運動方式以中心處的垂直運動為主，減少串聯(lián)內(nèi)阻引起的電壓降，提高有源區(qū)的發(fā)光與載流子運輸效率;從而有效克服現(xiàn)有技術所存在的隨輸入電流增加而失去增強調(diào)制帶寬功能的不足。本發(fā)明的結構改進并不需要增加任何新的工藝技術或設備，使用現(xiàn)有成熟半導體工藝技術即可實現(xiàn)器件的批量生產(chǎn)，因此具有極高的實用性。
[0037]為了便于公眾理解，下面以本發(fā)明的一個優(yōu)選方案為例，并結合相應的制備工藝，來對本發(fā)明技術方案進行詳細說明。
[0038]本實施例中的器件結構是在SE:2013051451: W中結構基礎上對集電極區(qū)、基極區(qū)進行上述改進得到。因此除以上結構特點外，器件整體為PNP型；上端面分布式布拉格反射鏡為電介質(zhì)型分布式布拉格反射鏡，其為由S12與無定形Si沿垂直方向周期性排布的周期性結構;發(fā)射極區(qū)具有反向偏壓的掩埋隧道結，以實現(xiàn)橫向的載流子限制注入。
[0039]整個器件的設計出射光波長為980nm，整個層結構的外延生長均由金屬有機化學氣相沉積系統(tǒng)(MOVPE)制備，整個諧振腔的光學厚度為出射半波長的整數(shù)倍，上、下端面DBR的各層光學厚度均為四分之一出射波長。整個器件的制備過程具體如下:
[0040]首先通過MOVPE方法外延生長出圖4a所示的層結構，具體過程如下:
[0041 ] 1、在摻Zn，濃度大于I X 1018cm—3的P型GaAs襯底上生長摻Zn的P型GaAs緩沖層層I，厚度為100nm，摻雜濃度為2 X 118Cnf30
[0042]2、在層I之上生長下端面DBR，由36.5周期的六16&六8/6&六8材料構成，其中層2為漸變型AlGaAs ,Al的組分在0-0.875之間變化，總厚度為100.4nm，P型摻雜濃度為2 X 118Cnf3，摻雜元素為Zn;層3為摻Zn的GaAs，濃度為2 X 1018cm—3，厚度為50.3nm。
[0043]3、下端面DBR之上為集電區(qū)層4，有摻Zn的濃度為2X 1018cm—3的P型GaAs材料構成，厚度為82nm;層5為氧化限制層，由摻Zn的濃度為2 X 118Cnf3的P型AlQ.98GaQ.Q2As材料構成，厚度為40nm;層6為亞集電極層，由摻Zn的濃度為2X 1018cm—3的P型GaAs材料構成，厚度為42.7nm0
[0044]4、層7為集電極層，由未摻雜的本征GaAs層構成，厚度為40nm;層8為基極區(qū)下?lián)诫s層，由摻Si的N型GaAs構成，摻雜濃度為6 X 1018cm—3，厚度為215nm;層9為有源區(qū)層，由未摻雜的本征InmGaoiAs量子阱構成，厚度為7nm，個數(shù)為3;層10為量子阱勢皇層，由摻Si的N型GaAs構成，摻雜濃度為6 X 1018011—3，厚度為1611111，個數(shù)為2;層11為基極區(qū)上導電層，由摻Si的N型GaAs構成，摻雜濃度為6 X 1018cm—3，厚度為252nm。
[0045]5、層12為發(fā)射極層，由漸變型AlGaAs構成，Al的組分在0-0.375之間變化，P型，摻Zn的濃度為2 X 118Cnf3，總厚度為85nm;層13為發(fā)射極區(qū)層，由摻Zn的濃度為2 X 118Cnf3的P型GaAs材料構成，厚度為128.2nm。
[0046]6、層14為P型重摻雜的掩埋隧道結層，由摻Zn濃度為2 X 102()Cm—3，厚度為1nm的GaAs材料構成;層15為N型重摻雜的掩埋隧道結層，由摻Si濃度為I X 1019cm—3，厚度為20nm的GaAs材料構成;層16為帽層，由摻Si濃度為2 X 1018cm—3，厚度為210nm的GaAs材料構成。
[0047]層結構生長完備之后，器件的加工工藝可以簡單描述為以下步驟:
[0048]1、采用濕法腐蝕的刻蝕工藝形成掩埋隧道結構成的載流子限制注入?yún)^(qū)，刻蝕掉部分區(qū)域的層14-16;所得到的中間結構如圖4b所示。
[0049]2、利用MOVPE的再生長(Regrowth)工藝，在上一步的刻蝕區(qū)重新生長帽層;所得到的中間結構如圖4c所示。
[0050]3、利用干法刻蝕工藝定義基極區(qū)臺階(刻蝕片上部分區(qū)域的層12-16);所得到的中間結構如圖4d所示。
[0051]4、利用濕法氧化工藝定義集電極區(qū)的載流子限制注入通道(層5);所得到的中間結構如圖4e所示。
[0052]5、采用金屬蒸鍍工藝制作發(fā)射極和基極的N型合金電極(合金成分為Pd/Ge/Ti/Pd/Ti/Au);所得到的中間結構如圖4f所示。
[0053]6、采用化學機械拋光工藝將襯底剪薄，并蒸鍍P型合金電極(合金成分為Zn/Pd/Ti/Au);所得到的中間結構如圖4g所示。
[0054]7、采用金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)制作上端面電介質(zhì)型DBR;所得到的最終器件結構如圖4h所示。
【主權項】
1.一種晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，包括:按照外延生長的次序依次排布的緩沖層、 下端面分布式布拉格反射鏡、集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)、上端面分布式布拉格反射鏡，以及分別與集電極區(qū)、基極區(qū)、發(fā)射極區(qū)導通的集電極、基極電極、發(fā)射極電極;所述基極區(qū)中設置有量子阱有源區(qū)；其特征在于，所述集電極設置于所述緩沖層的背面;緩沖層與下端面分布式布拉格反射鏡具有與集電極區(qū)相同的摻雜類型。2.如權利要求1所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述集電極區(qū)設置有氧化物層，用于限制器件非中心位置處基極電極-集電極之間垂直方向的載流子運動。3.如權利要求1所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述基極區(qū)包括分別位于垂直方向的上導電層和下?lián)诫s層，以及設置于上導電層與下?lián)诫s層之間的量子阱有源區(qū)；所述量子阱有源區(qū)包括沿垂直方向的一組疊層，每個疊層由勢皇層和量子阱層構成，所述勢皇層具有與所述上導電層和下?lián)诫s層相同的摻雜類型。4.如權利要求3所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，勢皇層、上導電層、下?lián)诫s層這三者具有相同的摻雜濃度。5.如權利要求3所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，上導電層的摻雜濃度大于下?lián)诫s層的摻雜濃度，各勢皇層的摻雜濃度介于上導電層與下?lián)诫s層的摻雜濃度之間，且各勢皇層的摻雜濃度隨著與上導電層之間距離的增大而減小。6.如權利要求1?5任一項所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，其整體結構為PNP型。7.如權利要求1?5任一項所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述上端面分布式布拉格反射鏡為電介質(zhì)型分布式布拉格反射鏡，其為由Si02與無定形Si沿垂直方向周期性排布的周期性結構。8.如權利要求1?5任一項所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，所述發(fā)射極區(qū)具有反向偏壓的掩埋隧道結或者反向偏壓的PN結，以實現(xiàn)橫向的載流子限制注入。9.如權利要求1?5任一項所述晶體管垂直腔面發(fā)射激光器，其特征在于，其為GaAs基、或InP基、或GaN基晶體管垂直腔面發(fā)射激光器。
【文檔編號】H01S5/183GK105932542SQ201610550064
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年7月13日
【發(fā)明人】向宇, 潘時龍
【申請人】南京航空航天大學