半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件及其制备方法，半导体器件包括激光发射结构以及光探测器。激光发射结构包括发射激光束的有源区以及位于有源区上侧第一类型反射器层和位于有源区下侧的第二类型反射器层；光探测器设置于所述激光发射结构上并探测从所述有源区朝向所述光探测器方向发射至被探测物体后的反射激光束，所述光探测器内形成有空腔，所述光探测器包括自远离所述激光发射结构一侧覆盖所述空腔设置的第三反射器层，所述激光束自所述第三反射器层射出。本发明专利技术的半导体器件，能够在垂直方向上整合垂直腔面发射激光器与光探测器，增强光探测器的量子效率，增强激光器增益，有利于大功率激光输出。有利于大功率激光输出。有利于大功率激光输出。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制备方法


[0001]本专利技术是关于半导体光电
，特别是关于一种半导体器件及其制备方法。

技术介绍

[0002]垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为一种半导体激光器，具有尺寸小、功耗低与易于集成的优点，广泛应用于三维传感、数据中心与光纤通信等领域。垂直腔面发射激光器是从垂直于衬底面射出激光的一种新型结构的半导体激光器。垂直腔面发射激光器可以与光探测器配合使用，由垂直腔面发射激光器发射激光，光探测器感测来自垂直腔面发射激光器发射的激光照射至被探测物后的反射光束。现有技术中的垂直腔面发射激光器与光探测器之间相互独立，不利于系统的集成化及进一步小型化。
[0003]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种半导体器件及其制备方法，其能够在垂直方向上整合垂直腔面发射激光器与光探测器，增强光探测器的量子效率，增强激光器增益，有利于大功率激光输出。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的实施例提供了一种半导体器件，包括激光发射结构以及光探测器。激光发射结构包括发射激光束的有源区以及位于有源区上侧第一类型反射器层和位于有源区下侧的第二类型反射器层；光探测器设置于所述激光发射结构上并探测从所述有源区朝向所述光探测器方向发射至被探测物体后的反射激光束，所述光探测器内形成有空腔，所述光探测器包括自远离所述激光发射结构一侧覆盖所述空腔设置的第三反射器层，所述激光束自所述第三反射器层射出。
[0006]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述激光发射结构还包括设置于所述第一类型反射器层远离所述有源区一侧的第一类型接触层，所述光探测器设置于所述第一类型接触层上。
[0007]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述光探测器在所述半导体器件厚度方向的垂直投影完全落于所述第一类型接触层内，所述第一类型接触层上于所述光探测器的外侧形成有第一电极层。
[0008]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述光探测器还包括形成于所述第一类型接触层上的第一类型半导体层，形成于所述第一类型半导体层背离所述第一类型接触层一侧的第三类型半导体层，形成于所述第三类型半导体层背离所述第一类型半导体层一侧的第二类型半导体层，以及形成于所述第二类型半导体层背离所述第三类型半导体层一侧的第二类型接触层，所述第二类型接触层上形成有第二电极。
[0009]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述空腔贯穿所述第一类型半导体层、所述第三类型半导体层、所述第二类型半导体层以及所述第二类型接触层设置，所述第三反射
器层位于所述第二类型接触层背离所述第二类型半导体层一侧，且完全覆盖所述空腔。
[0010]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第二类型接触层上设置有基板，所述第三反射器层形成于所述基板上，且位于所述基板背离所述第二类型接触层的一侧。
[0011]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述基板采用不吸收激光器激射波长的材质，优选为石英基板。
[0012]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第三反射器层为DBR层，其中，位于最底层的层结构背离所述第二类型接触层的表面至所述第一类型接触层背离所述第一类型半导体层的表面之间的光学厚度A满足：(1/2)*m*λ，其中，m为不为0的自然数，λ为激光发射结构的激射波长。
[0013]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一类型为p型，所述第二类型为n型，所述第三类型为i型。
[0014]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一类型为n型，所述第二类型为p型，所述第三类型为i型。
[0015]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第二类型反射器层包括DBR层，所述DBR层的周期数为35
‑
50对。
[0016]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述有源区的光学厚度为(1/2+m)*λ，其中，λ为激光发射结构的激射波长，m为自然数。
[0017]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一类型反射器层包括DBR层，所述DBR层的周期数为3
‑
6对。
[0018]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一类型接触层的厚度为50
‑
200nm。
[0019]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第一类型半导体层的厚度为50
‑
200nm。
[0020]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第二类型半导体层的厚度为50
‑
200nm。
[0021]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第三类型半导体层的厚度为500
‑
2000nm。
[0022]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述第二类型接触层的厚度为100
‑
200nm。
[0023]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述半导体器件还包括衬底，所述第二类型反射器层设置于所述衬底上，所述衬底与所述第二类型反射器层之间设置有缓冲层，所述衬底上形成有电性连接所述第二类型反射器层的第三电极。
[0024]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述衬底为第二类型衬底，所述缓冲层为第二类型缓冲层。
[0025]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述激光发射结构和光探测器的波长范围在850nm到1000nm之间，所述激光发射结构的激射波长和光探测器的波长保持一致。
[0026]本专利技术的实施例还提供了一种半导体器件的制备方法，包括：
[0027]提供衬底；
[0028]在所述衬底上生长构成激光发射结构的层结构，所述层结构包括依次形成于所述衬底上的缓冲层，第二类型反射器层、有源区、第一类型反射器层以及第一类型接触层；
[0029]在所述第一类型接触层上生长构成光探测器的层结构，所述层结构包括依次形成于所述第一类型接触层上的第一类型半导体层、第三类型半导体层、第二类型半导体层以及第二类型接触层；
[0030]刻蚀所述第二类型接触层、第二类型半导体层、第三类型半导体层以及第一类型半导体层，形成环形台结构；
[0031]于所述第二类型接触层上设置基板；
[0032]于所述第一类型接触层上形成电性连接所述第一类型接触层的第一电极层以及于所述第二类型接触层上形成电性连接所述第二类型接触层的第二电极层；
[0033]于所述衬底上形成电性连接所述第二类型反射器层的第三电极层；
[0034]在所述基板上形成第三反射器层。
[0035]在本专利技术的一个或多个实施方式中，所述基板采用不吸收激光器激射波长的材质，优选为石英基板。与现有技术相比，本专利技术实施方式的半导体器件，兼顾了激光器尺寸、输出功率等性能的同时，在垂直方向整合探测器，降低封装尺寸，微型化设计，可应用场景更广泛。
[0036]本专利技术实施方式的半导体器件，其能够在垂直方向上整合垂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：激光发射结构，包括发射激光束的有源区以及位于有源区上侧第一类型反射器层和位于有源区下侧的第二类型反射器层；光探测器，设置于所述激光发射结构上并探测从所述有源区朝向所述光探测器方向发射至被探测物体后的反射激光束，所述光探测器内形成有空腔，所述光探测器包括自远离所述激光发射结构一侧覆盖所述空腔设置的第三反射器层，所述激光束自所述第三反射器层射出。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述激光发射结构还包括设置于所述第一类型反射器层远离所述有源区一侧的第一类型接触层，所述光探测器设置于所述第一类型接触层上。3.如权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述光探测器在所述半导体器件厚度方向的垂直投影完全落于所述第一类型接触层内，所述第一类型接触层上于所述光探测器的外侧形成有第一电极层。4.如权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述光探测器还包括形成于所述第一类型接触层上的第一类型半导体层，形成于所述第一类型半导体层背离所述第一类型接触层一侧的第三类型半导体层，形成于所述第三类型半导体层背离所述第一类型半导体层一侧的第二类型半导体层，以及形成于所述第二类型半导体层背离所述第三类型半导体层一侧的第二类型接触层，所述第二类型接触层上形成有第二电极。5.如权利要求4所述的半导体器件，其特征在于，所述空腔贯穿所述第一类型半导体层、所述第三类型半导体层、所述第二类型半导体层以及所述第二类型接触层设置，所述第三反射器层位于所述第二类型接触层背离所述第二类型半导体层一侧，且完全覆盖所述空腔。6.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述第二类型接触层上设置有基板，所述第三反射器层形成于所述基板上，且位于所述基板背离所述第二类型接触层的一侧。7.如权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述第三反射器层为DBR层，其中，位于最底层的层结构背离所述第二类型接触层的表面至所述第一类型接触层背离所述第一类型半导体层的表面之间的光学厚度A满足：(1/2)*m*λ，其中，m为不为0的自然数，λ为激光发射结构的激射波长。8.如权利要求5任一所述的半导体器件，其特征在于，所述第一类型为p型，所述第二类型为n型，所述第三类型为i型；或...

【专利技术属性】
技术研发人员：董旭，熊敏，朱杰，
申请(专利权)人：中科纳米张家港化合物半导体研究所，
类型：发明
国别省市：