晶体管与竖直腔面发射激光器的集成化制造技术

一种光电集成电路，由竖直腔面发射激光器和晶体管组成。该激光器包括夹在两个分布布喇格反射器间的激光腔，激光腔由一对隔离层包围着一或多个激活的光发射量子阶层组成，量子阶层有在可见光区内的一禁带，作为器件激活的光发射材料。激光腔厚ｍλ／２ｎ↓［ｅｆｆ］，ｍ为整数，λ为激光辐射的自由空间波长，ｎ↓［ｅｆｆ］是腔的有效折射率。通过重掺杂底部反射层及区域形成相反的导电类型，形成二极管结构，给该结构加上适当电压来实现激光器的电泵浦。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及我们于1991年11月7日申请，现正在审理中的关于“可见光面发射半导体激光器”申请系列NO.07/790，964及同时申请的关于“竖直腔面发射激光器的耦合工艺”申请系列，在此将他们列为参考文献。本专利技术涉及半导体激光器与电子器件的集成化，尤其涉及竖直列阵的异质结构激光器及他们与诸如晶体管的集成。常规的边缘发射激光二极管是众所周知的。在这些二极管中，激光辐射沿着形成二极管的p-n结平面延伸的平面发射。不同类型的这种二极管广泛地用于提供红外及可见光范围的激光辐射。虽然这类二极管已取得很大的商业成功，但因其较大而难于与其它器件结合。近来发展出一种被称为竖直腔面发射激光器的新型半导体激光器。它与边缘发射激光器不同之处在于，竖直腔激光器沿着与该激光二极管中形成的p-n结平面垂直的方向发射激光辐射。大量有关这种激光二极管构造和结构的信息载于诸如美国专利US.4，949，350;J.Jewell等人的“MicroLasers”(ScientificAmerican，Vol.265，No.5，P86-94，1991.11);J.Jewell等人的“Vertical-cavitySurface-EmittingLasersDesign，Growth，Fabrication，Characterization”(IEEEJournalofQuantnmElectronics，Vol.27，No.6，P1332-1346，1991.6);G.R.Olbright等人的“CascadableLaserLogicDevicesDiscreteIntergrationofphototransistorswithSurfaceEmittingLaserDiodes”(ElectronicsLetters，Vol.27，No.3，P216-277，1991.1.31);J.Jewell等人的“Low-thresholdelectrically-pumpedvertical-CavitySurfaceEmittingLaser”(ElectronicsLett.Vol.25，P1123，1989)以及J.Jewell等人的“VerticalCavityLasersforOpticalInterconnects”(SPIEVol.1389，InternationalConferenceonAdvancesinInterconnectionandPacKaging.P401-407，1990)中，在此上述为参考文献。正如上述出版物中的某些记载，竖直腔激光器具有许多优于边缘发射激光器的优点，其中最主要的是他们可制成极小尺寸(如直径为微米量级)并能与其它器件，如晶体管相结合。本专利技术即针对竖直腔激光器的这种组合，已研制出与诸如三引出端晶体管这样的电子开关为一体的竖直腔激光器。在本专利技术的优选实施例中，竖直腔面发射激光器(VCSEL)具有一夹在两个分布布喇格反射器之间的激光腔，该激光腔具有一对隔离层，他们围绕着一个或多个激活的、光发射量子阱层，后者用作为该装置的激活光学发射的材料。激光腔的厚度为mλ/2neff，其中m为整数，λ为激光辐射的波长，neff为该腔的有效折射率。将底部反射层及衬底重掺杂成一种导电类型，同时将上部反射层重掺杂成相反的导电类型。制成二极管结构，并对此二极管结构加上适当的电压，实现激光器的电泵浦。开关可取多种形式，而且可相对于竖直腔面发射激光器放置于不同的位置。开关可以为电子开关，如双极型晶体管或场效应晶体管。当用双极型晶体管时，该晶体管可置于竖直腔面发射激光器的下面，顶部或侧面，恰如光敏晶体管那样;当用场效应晶体管时，该晶体管可置于竖直腔面发射激光器的侧面。开关还可以是光学开关，如置于竖直腔面发射激光器侧面的光敏晶体管。本专利技术也可以采用光控开关与电控开关的结合。本专利技术的组合开关提供一种方便地控制竖直腔面发射激光器的光信号或电信号输出激光辐射的机构。这些开关容易执行布尔逻辑函数，也容易实现信号放大以及由电信号转换成光信号，或由光信号转换成电信号。从下面有关本专利技术的详细描述中，能更容易明白本专利技术的这些以及其它的目的，特点和进步，其中附图说明图1是现有技术的竖直腔面发射激光器的示意图;图2A、2B和2C是一光电集成电路的简图，它将竖直腔面发射激光器与异质结双极型晶体管组合在一起;图3是图2A集成电路的详细图解;图4是图3集成电路的电路简图;图5是图3集成电路的顶视图;图6是图2B集成电路的详细图解;图7是图6集成电路的顶视图;图8是图2C集成电路的详细图解;图9是图8集成电路的顶视图;图10是一光电集成电路的简图，它将竖直腔面发射激光器与场效应晶体管组合在一起;图11是图10集成电路的详细图解;图12是图11集成电路的说明性实例的顶视图;图13是一光电集成电路的简图，它将竖直腔面发射激光器与光敏晶体管组合在一起;图14是图13集成电路的详细图解;如图1所示，现有技术的竖直腔面发射激光器包括第一n+反射层10，第一隔离层20，量子阱层30，第二隔离层40和第二p+反射层。这项技术的以下工艺在譬如上列参考文献US4，949，350中有过描述，层10、20、30、40以及50之一部分外延地形成于衬底60上;层50的其余部分通过介质淀积形成。由此，层10、20、30、40和50均具有与衬底60相同的直径。为了方便，通过质子注入，在量子阱层30的四周确定一约束区33，用以限制激光器中的电流到达该激光器中央纵轴周围的狭窄区域。在外延形成这些层之后，利用光学平版印刷术及光刻技术确定量子阱层30，隔离层40和反射层50，形成多个列70。对第二反射层50及衬底60在其56和60处提供电接点。每一列70为一分立的激光器，并可通过在该列的接点66和56之间加上适当的电压产生光激射，产生足够的电流通过该列。作为例证，衬底60是直径为3吋或4吋(7.5或10厘米)的在外延过程中掺杂3N+的GaAs晶片，每一列直径约为20微米，高出隔离层20约2.5微米，通常将这种晶片切割成几个单元，以方便使用。层10、20、30、40和50均有多层结构。例如对于我们的正在审理中的申请系列NO.07/790，964中所述发射红光的竖直腔激光器，其反射层10包含掺有n+的AlAs及AlGaAs的交叠层、每层厚度为1/4波长，在此所述的波长是由激光器发射的辐射在该层中的波长。如本
普通技术人员所理解、反射层10的结构为分布布喇格反射器结构，其中AlAs是具有较低折射率的层。反射层10设计成全反射层，没有透射。隔离层20具有多层AlGaInP层，他们所具有的Ga数量是朝着量子阱层渐增。如现有技术中公知，这些层与GaAs晶格匹配。隔离层40则类似地具有朝着反射层50渐减的Ga数量。量子阱层30包含三层大约50埃厚的GaInP层。他们被两层厚约90埃的AlGaInP阻挡层隔开。隔离层20，量子阱层30和隔离层40组成激光腔。激光腔的长度(即层20、30和40的厚度)为mλ/2neff，其中λ是所发激光辐射在自由空间的波长，m为整数，neff是该腔的有效折射率。第二反射层50包含多层交叠的P+掺杂AlAs层和AlGaAs层。此外，这些层中的每一层均为1/4波本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电集成电路，由整体形成于衬底上的一个竖直腔面发射激光二极管和一个三引出端晶体管组成。

【技术特征摘要】
US 1992-1-21 823,4961.一种光电集成电路，由整体形成于衬底上的一个竖直腔面发射激光二极管和一个三引出端晶体管组成。2.如权利要求1所述的集成电路，其中晶体管为双极型晶体管。3.如权利要求1所述的集成电路，其中晶体管为双极型晶体管，竖直腔面发射激光二极管形成于该晶体管上。4.如权利要求1所述的集成电路，其中晶体管为双极型晶体管，该晶体管形成于竖直腔面发射激光二极管上。5.如权利要求1所述的集成电路，其中显象管为双极型晶体管，该晶体管形成于竖直腔面发射二极管的旁边。6.如权利要求1所述的集成电路，其中晶体管是场效应晶体管。7.如权利要求1所述的集成电路，其中晶体管为场效应晶体管，该晶体管形成于竖直腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：GP奥尔布赖特，JL耶威尔，
申请(专利权)人：班德加普技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]