一种HBT与EEL集成光开关结构的制作方法

一种hbt与eel集成光开关结构
技术领域
1.本实用新型涉及化合物半导体器件的技术领域，特指一种hbt与eel集成光开关结构。


背景技术：

2.边发射激光器（eel）具有调制带宽大、发散角小和斜效率高等优势，广泛应用于光纤通信领域。为了改善条型激光器的特性，需要在谐振腔内建立内建波导，以抵消电流注入对介电常量及折射率的影响，更好的控制侧向模式。脊波导型的部分激射模与介质层交叠，产生一个等效侧向折射率台阶，台阶大小由波导层厚度决定，由此使高阶模泄露到无源区，对侧向模式起到限制作用。但是，边发射激光器是二端口器件，其直流偏置和交流调制加载在一起，需要t
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bias（t型偏置器）耦合器进行耦合，且交流调制电流超过10ma，增大了驱动电路的复杂程度。
3.异质结双极型晶体管（hbt）具有功率密度高、增益高、带宽大、相位噪声低和线性度好等特点，是单片微波集成电路（mmic）领域重要的三端器件之一。有业者将异质结双极型晶体管与激光器集成，例如：在中国专利cn108808445a中，将异质结双极型晶体管与垂直腔面发射激光器集成，然而，此结构中由量子阱有源区产生的光输出过程中会经过异质结双极型晶体管的吸收，降低了激光器的输出功率和电光转换效率。且垂直腔面发射激光器一般为圆形环状电极，电极形状与异质结双极型晶体管的形状不匹配，造成异质结双极型晶体管的效率和速率偏低。
4.因此，本发明人将异质结双极型晶体管与边发射激光器集成形成光开关，本案由此产生。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种hbt与eel集成光开关结构，其利用异质结双极型晶体管（hbt）驱动边发射激光器（eel），将直流偏置与交流调制分开，大大降低了的交流驱动电流。
6.为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是：
7.一种hbt与eel集成光开关结构，hbt与eel共享发射区、基区和集电区，其结构包括自下而上依次层叠的n型电极、衬底、n型包层、n型波导层、量子阱有源区、p型波导层和集电区；集电区形成脊波导结构，具有脊部，基区层叠至脊部，基极电极和发射区位于基区上，发射极电极位于发射区上。
8.进一步，还包括钝化层，钝化层覆盖集电区除脊部之外的区域，钝化层还覆盖在基区未被基极电极和发射区覆盖的区域。
9.进一步，钝化层位于发射区和基极电极之间。
10.进一步，钝化层的材料为sio2、sin和sion中的一种。
11.进一步，脊部的宽度范围为80
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100μm。
12.进一步，脊部的长度范围为300
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500mm。
13.进一步，发射电极的宽度范围为40
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50μm。
14.进一步，衬底的材料为gan、gaas和inp中的一种。
15.进一步，量子阱有源区的材料为ingaas和algaas。
16.进一步，发射区位于基区的中间区域，基极电极位于基区的边缘区域，发射区与基极电极平行设置。
17.采用上述方案后，本实用新型具有以下优点：
18.1、具有脊波导结构，降低阈值电流，对侧向模式起到限制作用，增加发射极周长面积比减小电流集边效应；
19.2、边发射激光器（eel）一般为条状电极，电极形状与异质结双极型晶体管的形状匹配，可降低电流集边效应，进一步提高异质结双极型晶体管的效率和速率；
20.3、可以应用于光信息处理，为光交换网络及其电子控制功能界面提供了简单的电光接口。
附图说明
21.图1是本实用新型的结构示意图。
22.标号说明
23.衬底11
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n型包层12
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n型波导层13
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量子阱有源区14
24.p型波导层15
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集电区16
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脊部161
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基区17
25.集电区16
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发射区18
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发射极电极21
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基极电极22
26.n型电极23
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钝化层31。
具体实施方式
27.下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。在此需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等方位或位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述，不能理解为对本实用新型的限制。本实用新型所揭示的是一种hbt与eel集成光开关结构，即所述的集成光开关结构包含一异质结双极型晶体管和一边发射激光器。
28.如图1所示，为本实用新型的较佳实施例，hbt（异质结双极型晶体管）与eel（边发射激光器）共享发射区18、基区17和集电区16，其结构包括自下而上依次层叠的n型电极23、衬底11、n型包层12、n型波导层13、量子阱有源区14、p型波导层15和集电区16；光在量子阱有源区14产生，折射率由量子阱有源区14向其两侧（即n型波导层13和p型波导层15）依次减小，形成光波导结构，增加对光的限制作用。
29.集电区16形成脊波导结构（即异质结双极型晶体管的集电区16作为边发射激光器的p型包层），具有脊部161，基区17层叠至脊部161，集电区16的脊波导型的部分激射模与钝化层31交叠，产生一个等效侧向折射率台阶，台阶大小由波导层厚度决定，由此使高阶模泄露到无源区，对侧向模式起到限制作用。
30.基极电极22和发射区18位于基区17上，发射区18位于基区17的中间区域，基极电极22位于基区17的边缘区域，发射区18与基极电极22平行设置，发射极电极21位于发射区
18上。在共集电极的工作模式下，通过基极电极22较小的调制电流来获得较大的驱动电流。异质结双极型晶体管在发射区18采用宽禁带材料，提高了基区少数载流子的注入效率，可以降低发射区18的掺杂浓度同时增大基区17的掺杂浓度，降低了基区17的电阻，从而提高了器件的工作频率。
31.进一步，还包括钝化层31，钝化层31覆盖集电区16除脊部161之外的区域，即钝化层31覆盖集电区16的脊部161两侧，钝化层31还覆盖在基区17未被基极电极22和发射区18覆盖的区域。钝化层的材料为sio2、sin和sion中的一种。在本实施例中，钝化层31位于发射区18和基极电极22之间，钝化层31的材料为sio2，sio2可以隔绝空气，增加集成光开关的工作寿命。
32.进一步，脊部161的宽度范围为80
‑
100μm。进一步，脊部161的长度范围为300
‑
500mm。边发射激光器的电极形状与异质结双极型晶体管的形状匹配，可降低电流集边效应，进一步提高异质结双极型晶体管的效率和速率。
33.进一步，发射电极21的宽度范围为40
‑
50μm。
34.进一步，衬底11的材料为gan（氮化镓）、gaas（砷化镓）和inp（磷化铟）中的一种。
35.进一步，量子阱有源区14的材料为ingaas（铟砷化镓）和algaas（铝砷化镓）。
36.进一步，n型包层12具体为algaas包层，其中包含的铝的含量由层底向层顶的位置发生突变，即层底铝含量低，而层顶铝含量高，用于降低能量尖峰。
37.若只有单独一个边发射激光器，则其理论模型如下：p=se*（ib
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ibth），其中，p为集成光开关的输出光功率，se为边发射激光器的斜效率，ib为基极电极的偏置电流，ibth为基极电极的阈值电流。
38.采用本实用新型所述的异质结双极型晶体管与边发射激光器集成光开关结构后，异质结双极型晶体管驱动边发射激光器。其理论模型如下：p=β*se*（ib
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ibth），其中，p为集成光开关的输出光功率，se为边发射激光器的斜效率，ib为基极电极的偏置电流，ibth为基极电极的阈值电流，β为异质结双极型晶体管的电流增益系数，一般β可以大于100。
39.因此，本实用新型通过边发射激光器与异质结双极型晶体管集成，可以达到用很小的基极电流来驱动边发射激光器，同时可以将直流驱动和交流调制分开，大大降低驱动电路的需求和成本。更为适合应用于光信息处理，为光交换网络及其电子控制功能界面提供了简单的电光接口。
40.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型的技术范围作任何限制，故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。