TW437109B - Manufacturing a heterobipolar transistor and a laser diode on the same substrate - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ' 43 710 9 A7 _'____B7___ 五'發明説明（彳） 技術領域（Technical Field): 本發明是關於如何在同一基材上，製造異質雙極電晶體 (heterobipolar transistor)和雷射二極體的方法及適合這種 製造方法的基材。 背景資料（Background): 關於單晶片上（Monolithic)光電積體電路（OEICs， Optoelectronic Integrated Circuits)(將元件整合到同一個晶 片或同一個電路板（Circuit Plate))的研究始於70年代美國 的加州理工（CALTECH)。並見於 C.P. Lee, S. Margalit，I. Ury和A. Yiv，發表在名為"於半絕緣砷化鎵（GaAs)基材 上整合（Integration)耿氏振盪器（Gunn oscillator)與雷射的製 造方法 11，Appl. Phys. Lett·，Vol. 32，No. 12.，pp.806-807 1978的文獻中a將兩者整合在一起的原因和發展矽積醴電 路的道理是相同的，舉例來說，如果能將光學元件 (Optical Component)，如雷射、波導（Wave Guide)、偵測器 (Detector)像製造電晶體一樣製造在同一個基材上，如此 便能製造大量低成本的晶片（Chip)。單晶片整合製程也使 得擁有相同功能並封裝在同一電路板上所需使用的晶片數 目減少’而傳統上是使用不同的晶片。而且製程的整合使 得所需的外接點連接變少因此還可以增加系統的可靠度 (Reliability)。必須強調的是要達到上述的優點，先決條件 是整合在一起元件的功能（Performance)，並不會比分開製 造的元件降低（Degraded)。 為了建立未來的光學網路（Optical Networks of -4 « 本纸張尺度適用中國國家揉準（CNS) A4規格（2丨OX W7公釐) '~ --------装------訂------味 - _ · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本育) 經濟部中央橾準局負工消費合作社印装 4371 0 9 A7 B7 五、發明説明（2 )

Tomorrow) ’例如延伸到每個家庭内的網路系統，技術發 展的需求成價格的降低的相互影響是不可或缺的要素之 ——。因此如何將光學和電子元件组合在單一晶片上的這個 問題解答’不僅在技術面令人感到興趣，在系統建立這方 面也吸引相當的曝目。 實現單晶片整合製程的方法有很多。不同方法的選擇部 分取決於雷射光的波長（wavelength);半導體基材（Base Matenal) ’ 如選擇坤化鎵（Galliurn Arsenide，GaAs)，或是鱗 化銦（Indium Phosphide，InP);電子元件，如使用異質雙極 電晶體（HBT) ’ 或疋％ 效電晶體（Fieid Effect Transistor， FET);更進一步光學元件的選擇’如光偵測器（ph〇t〇_ detector) ’雷射（Laser) ’調變器（Modulator);及整合製程 的製造方式等的不同而有不同的整合方式。一般而言，我 們將整合製程的方法分成三類： -1.垂直整合製程：將兩個或更多的電子或是光學元 件，以一個堆在一個上面的方式堆疊在一起的整合方式。 -2.平行整合製程：將兩個或更多的電子或是光學元 件’彼此一個排列一個旁邊在一起的方式。首先，鍍上為 了製造第一個元件所需的薄膜層，然後將第一個元件周圍 不需要的薄膜層蚀刻掉（Etched Away)。然後在已經姓刻掉 薄膜層的區域製造下一個元件。 -3 ·利用相同的基本結構（Basic Structure)製造兩種不同 的元件。當薄膜的層狀結構做好後，只要進一步的處理 (Processing)，如將每個元件區隔開來的蝕刻，鍍上電極接 -5 - 本紙張Μϋ用 網1 ( CNS ) ( 21GX297公釐) ' {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝- 訂 4371 0 9 A7 B7 五、發明説明（3 ) 點層（Electrical Contacts Layer)，而不需要其他鍵膜的程序 便可以產生互相分隔（Isolated)的元件。 <請先W讀背面之注意事項再填寫本頁) 方法1和2的主要優點是單獨製造的元件功能可以達到 最佳化（Optimized)。玦點則是包含很多製程步驟而使得製 造方法變得複雜。方法3則是一個較簡單的製造方法，但 是經常對於元件的功能必須妥協》 經濟部中央樣準局員工消費合作社印敦 在雷射領域的文獻中常提到的一種方法是電流射入方向 由垂直方向（Vertical injection)變成侧面射入（Lateral injection)的侧向電流射入雷射（LCI-laser，Lateral Current Injection Laser)_。這種製程中η型摻雜或是p型摻雜是利用 擴散（Diffusion)，或是離子佈植（Implantation)來選擇在基 材表面的不同區域製作摻雜的步騾。如此，雷射和電晶體 便可以同時製造在同一基材或晶片上了。上述C.P. Lee et al.，的論文方法已經利用這個方法來整合雷射和場效電晶 體。雷射和異質雙極電晶體的單晶片整合則可見於虬831·-Chaim，Ch· Harder, J. Katz, S. Margalit，A. Yariv，1‘ Ury，的 論文："砷化鋁鎵（GaAlAs)異質結構雷射（Buried -Heterostructure)和雙極光電晶體（Bipolar Phototransistor)的 單晶片整合製程"Appl. Phys. Lett., 40(7)，556,（1982)。然 而這個方法的缺點是產生新的雷射和電晶體的結構。另外 一種已經實用的觀念，可以從T. Fukuzawa，M_ Nakamura, Μ· Hirao，T. Kuroda和J. Umeda的論文：”具有蕭基閘 (Schottky Gate)的場效電晶體和砷化鋁鎵（GaAlAs)雷射的單 晶片整合製程 ”，Appl. Phys. Lett.，36(3)，181 (1980)看 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) Μ规格（210X297公釐> 經濟部中央梯準局貞工消费合作社印装 437109 at _ B7 五、發明説明（4 ) 到，這是第一次用這種觀念製造雷射結構，在其上有一層 沒有任何摻雜的區域，在那裡可以製造一個場效電晶體。 為了得到和雷射的上方疊層p_型結構做電子的接觸，我 們將p -型摻雜（在本例子是用鋅Zinc)擴散過那層沒有摻雜 的區域= 總結（Summary): 本發明知供一種在同一基材或晶片上製造電晶體和雷射 的簡單方法，並且不會有電晶體和雷射效能降低的情況發 生。因此’這項發明所解決的問題就是提出一種在同一基 材或晶片製造電晶體和雷射，使電晶體和雷射的效能幾乎 和分開來製造的元件幾乎相等。 要把電晶體和雷射做在同一基材上時，首先必須將適當 的半導體層依序地鍍在基材上面以形成所需的基本結構 (Basic Structure) ’比較特別的是這個原始結構就像傳統的 異質雙極電晶體結構一樣。晶片上某些區域可以改變成雷 射的的結構。因此可以製成垂直射入型的雷射（Vertical Injection) ’其效能可以和獨立的雷射元件相當。這個結構 的改變是藉由將鋅擴教到薄膜材料層内。這個方法的優點 是可以利用相同的結構來製造雷射和異質雙極電晶體並獲 得最佳的功能表現就如同其單獨的元件一樣。類似的結構 也用於 GaAs/GaAlAs 並見於 J. Katz, N. Bar-Chaim，P. C Chen, S. Margalit，I. Ury, D. Wilt, M. Yust，A. Ya[iv:"坤化 鎵（GaAs)/坤化鋁鎵（GaAlAs)雙極電晶體和異質結構雷射的 單晶片整合製程"Appl. Phys· Lett.，37(2)，211，1980的論文 本紙張尺度適用中國困家標準（CNS ) A4说格（2丨ox297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 訂 4371 〇 9 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作杜印装 五、發明説明（5 ) 申。在該論文中，使用的結構為將雷射的主動區（Active v/area)位於WW異質雙極電晶體的基極部分（Base)，這 和本案在此所提出的方法是不同的。在A K G〇yai，M. s. Miller，s. I Long和D. Leonard 利用磊晶結構來整合雷射 和異質雙極電晶體，，’ SPIE，Vol. 2148，pp.359-366，1994 中’單晶片整合製程也用於GaAs/GaAlAs的系統中，但是 在此系統中雷射的主動區位於相對應異質雙極電晶體集極 (Collector)的區域就像本發明的設計的一樣，這樣的方式 給設計者在設計時較大的自由度，並可以讓兩種元件的功 能都能達到最佳化。 異質雙極電晶體和雷射二極體是從相同的磊晶結構中製 造出來。電晶體可以直接鍍上電極層並利用蝕刻來區隔和 分割而直接從磊晶結構中製造完成。電晶體的各個主動層 為多層薄膜結構中的磊晶層所形成。為了要製造雷射二極 體’必須將鋅擴散到多層薄膜中的上方疊層薄膜中以改變 其摻雜特性由η型變成p-型。擴散的步驟只在晶圓上的所 選的特定區域進行，如此一來，電晶體和雷射二極體便可 以整合在單晶片上。相反地，最上一層薄膜的摻雜特性也 可以由η_型變成ρ_型。 本發明的優點及目的在接下來敘述將會更清楚地被闡 述。這個發明的目的和優點可以透過專利申請範圍中所敘 述的這個方法、製程、器材、組合來幫助瞭解。 圖示（Brief Description of the Drawings): 從下面非限定（non_Hmiting)具體實例的說明可以幫助我 本紙浪尺度適用十國®家揉率（CNS ) A4規格（21〇χ297公董） --------^------、π-----1 ^ - , (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4371 〇 9 Α7 Β7 經濟部尹夹樣隼局貝工消费合作杜印装 五、發明説明（6 ) 們對本發明有更深入的了解。 -圖1是適合製作電晶體的多層蔴 巧存膜結構的剖面示意圖。 -圖2是將特定物質擴散進圖 尸不疋多層薄膜中以製成 適合的雷射結構圖。 -圖3是由圖1的多層薄膜結構所製成電晶體的剖面示意 圖。 圖4是由圖1的多層薄膜食士嫌‘ 丹朕，.〇楫加上如圖2的擴散步騾所 製成之雷結構的剖面示意圖。 -圖5是根據圖2的擴散步騾之後，在薄膜表面之下鋅濃 度隨深度的分佈圖。 -圖6是圖3所示之電晶體在平衡狀態下，電晶體的能帶 圖（Band Diagram)。 -圖7是圖4所示之雷射結構在順向偏壓時的能帶圖。 -圖8是圖3所示之電晶體中，集極-射極間電流（icE)在共 同射極偶合電路（in a common emitter-coupler circuit)狀況下 和集極-射極間電壓（VCE)的關係。 -圖9是圖4所示之雷射結構發光功率和電流之間的關係α 詳細的描述（Detailed Description): 在以下的描述中，使用特定材料的具體實例將被用來作 為說明的例子=其他具有相同性質的材料也可以使用在製 成中，特別是某些摻雜型態可以改變成相反的摻雜型態， 比方η -型摻雜和p -型摻雜分別被p -型和η -型摻雜所取 代。 -9- 本紙^尺度適用中國國家橾隼（CNS ) Α4規格U丨0X297公釐> (請先Μ讀背面之注意>*-唄4後埃本耳} 裴 訂- -—咏 ，、43 71 〇9 經濟部t失樣準局荑工消费合作社印製 五、發明説明（7 ) 在圖1表示以磷化銦（InP)為基材並於其上鍍了 —系列的 磊晶薄膜層。這樣的薄膜層可以在同一個基材上，同時製 作異質雙極電晶體和雷射二極體。這種結構被植入系統 中。為了簡化，圖中所畫的薄膜厚度皆相同*，實際製造時 會因各層的功能’材料和捧雜度等不同而有不同的厚度。 ♦ 磊晶結構是利用有機金屬氣相磊晶（m〇Vpe)或是其他類似 的方法所長成的，利用這個方法每層的厚度和摻雜的程度 都可以得到_良好的控制》基材可以使用η型摻雜的磷化 砷’如果使用丰絕緣體的材料，好比摻雜鐵的磷％珅會更 利於在單晶片上製作電晶體和雷射二極體，也就是說電晶 體或雷射二極體的結構都可以在同一個晶片上製作。磊晶 結構包含了很多不同材料層、各層的厚度和摻雜物（可能 是Ρ型或是η型）也都不同。一般而言，磷化砷具有較寬的 他隨（Band Gap) ’ 可 故出（Ph〇t〇iulninescence)波長 = 1-3仁m的光，此層簡稱Q(i.3)。而另一種光學材料InGaAsP 具有較窄的邊隙和較南的折射係數（Refractive ，可 以產生波長λ PL= I.55 的光，並簡稱為Q〇 55)。此外， 能隙較窄的材料如InGaAs可以用來降低電極接點的電阻， 由圖I可以看出此結構包含： -層1為η·型磷化砷的緩衝層。 _層2為移雜濃度南的η -型鱗化神。 -層3為掺雜濃度低的η_型墙化碎。 _層4為低慘雜濃度n-Q( 1.3 )的Ν型鱗化神。 -層5為沒有摻雜的多重量子井5 (Mu出p〖e Quantum -10- (讀先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家榡車（CNS ) A4規格（210x 297公簸） 4371 0 9 A7 _B7 五、發明説明（8 )

Well)，主要包含一個或更多有應變或無應變（stained or unstrained)的能障（Barrier)所包圍的有應變或無應變量子井 所構成。因此多重量子井5在理想的狀沉下，是由兩種不 同型的較薄薄膜層交互堆疊而成的。整個多重量子井設計 的淨電壓（Net Vohage)為零，也就是說他的電塾已經經過 補償。 -層6為摻雜濃度高的p-Q( 1.3) = -層7為捧_雜濃度較低的η -型磷化銦。 -層8為摻雜濃度較高的η，型磷化銦。 -最上方疊層的層9為摻雜濃度較高的inGaAs。 在異質雙極電晶體中，層3、4 ' 5為電晶體的集極區 域’層6則是基極。異質界面（Heterojunctions)位於層3、4 之間和層6、7之間《而在雷射二極體的部分，層5形成主 動區，層4、6則是波導的部分》 為了製造雷射二極體，在做完磊晶結構之後，接下來進 行擴散的步驟=由圖2可以看出，從氣態的二乙基鋅 (Diethyl zinc DEZn，或是其他適當的鋅來源，將鋅擴散到 材料令’如箭頭2 1所示，在特定溫度，特定電壓，特定 的時間下’鋅會擴散到—定的深度，如圖1的情況會擴散 到層7、8、9之間。在那些鋅擴散至材料的地方，會使的 該區的材料成為電子的受體（Accept〇r)。在適當的鋅濃度 下’會使得最上方疊層的η型摻雜結構變為中性，如果鋅 的濃度更的話’這層材料反而會變成ρ型的。為了控制鋅 擴散的區域，必須先鍍上一層氮化矽（Silicon Nitride， -11 - 本紙張尺料财 S S W(CNS)A^Frir〇X297^) --------—裝-------訂-------線 (请先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央揉隼局負工消费合作社印製 43?1 〇9 經潦部中央揉窣局貝工消费合作社印装 A7 B7 五、發明説明（9 ) 丄）如圖上2 2的部分，之後利用光蝕刻術（Lithography) 丈除要擴散鋅進去區域的氮化矽。這樣被氮化矽覆蓋的區 域就不後受到擴散的影響（不會有鋅擴散進去），如圖2 所示。 」用乾姓刻（Dry Etching)和濕Ί虫刻（Wet Etching)的組合配 。光姓刻術來製造溝槽（Gr〇〇ves)到基材以便將異質雙極電 晶體和雷射二極體的結構分開a 如同則面所提到的，異質雙極電晶體可以直接根據圖1 水平區隔來獲得。此外一種垂直的電晶體設計，如圖3， 在相對應的層中有電極和集極、基極、射極相連接。因為 要水平區隔，所以要做兩個階梯狀的溝槽（Steps)，第一個 溝槽在層2的表面，第二溝槽則在層6的表面。在進行這 些步驟的時候7電極接點1 2和電極接點1 1則分別被鍍在 (Deposited)集極和基極上。前面所提到位於集極電極外的 用來作為水平區隔的溝槽，將會完全挖穿到基材的部分。 如泉使用的是n-InP，集極電極接點12可以直接做在基材 的下方。而電極接點13則鍍在最上方簦層薄膜表層。每 一層薄膜的功能分別是： 層2為集極的電極接點層。 -集極則是由層3-5所構成。 •層6則是電晶體的基極部分=> -射極則是由廣7所構成。 •層8、9為電極接點層^ 和傳統的異質雙極電晶體結構不同之處是：為避免當結 -12- 本紙张尺度週用中國國家標準（CNS ) A4^t格（2I0X297公釐） --------—^------ΪΤ----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 4371 0 9 經濟部中央橾率局貝工消费合作社印製 A7 B7 五、發明说明（10 ) 構被修改成雷射結構時，雷射量子井所發出的光會被吸 收’因此材料的能隙必須要夠大以免吸收放出的光。結果 使得基極和射極之間傳導帶能隙的不連續性（Discontinuity) 降低了。然而必須強調的是，為了避免影響到電晶體的電 流增益（Current Gain)，能陈的不連續還是必須維持夠高。 另一個差異是位於集極處的多重能量井。然而這並不會影 響到電晶體的特性（非直流電下N〇n_DC的電性）。在元件 的操作方尤上’上述設計所做出的異質雙極電晶體和傳統 的高性能的異質雙極電晶體並沒有太大的差別， 如圖2所不的結構經過擴散、橫向區隔及製造接點之後 便形成雷射二極體。如果所用的基板為半絕緣性，而雷射 二極體的接點為η型的話’則該接點和電晶體基極的接點 12相同並位於相同的表面。如果基板是η_ίηρ的話，接點 可以鍍在基板的下面如圖4中所示之14。此外雷射二極體 另具有Ρ -接點15在薄膜層的最上方疊層薄膜9。圖4中各 廣薄膜的功能與作用如下： -層1-3薄膜為塗覆層（Claddiflg)及接點層。 -層4為下分離限制異質結構層（L〇wer Separate c〇nfinement Heterostructure, SCH) ° -層 5 為主動區（Active Region)- -層ό為上分離限制異質結構層（Upper Separate confinement structure) 0 -層7、8為塗覆層。 •層9為接點層。 -13- 本紙張尺纽t _家樣準( --------------11------ i (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4371 09 A7 B7 11 五、發明説明（ 此結構包含傳統雙異質結構型的量子井雷射所有部份’ 並與波長為1.55 /zm的先進雷射二極體的標準結構極為類 似。主要的不同點是上異質結構層中的高卜型摻雜，上 異質結構層中的鬲p -型摻雜是異質雙極電晶體所必須的 並可能會造成雷射二極體的效能降低。然而如杲摻雜量適 當的話並改進結構的設計，根據實際結果及模擬顯示雷射 的效能可以被進一步提异。相對應於電晶體中的異質界面 層是位於分離異質結構層4和6的位置，至於雷射二極禮 的主動區3和第4層的下n-SCH (n-型的分離異質結構）是位 於相對應於電晶體中的集極區域。而第6層的上p_SCj^,j 是位於相對應於電晶體的基極區域中3 在實際製程中，如圖1的磊晶機材結構是在680。(：的溫度 下利用低壓的有機金屬氣相磊晶法成長在η·ΙηΡ的基板 上。鋅是利用二乙基鋅當作原料使其擴散到材料裡面，並 灌入pH 3以維持其大於一大氣壓的壓力（for an overatomospheric pressure) ’並利用氫氣作為載體。控制的 條件為溫度475°C，氣壓100毫巴，時間為1小時2 0分=鋅 的濃度在InP的薄膜層中為1 . 1〇18，濃度分佈如圖5所 示。鍍膜參數如表所示。 在製造異質雙極電晶體時利用蒸鍍和光阻剝離法（Lift-Off of Photoresist) 鍍上 ΤΊ/Pt/Au的 金屬層 作為射 極接點 ，殘 留的金屬層則作為活性離子蝕刻時（在氫氣和甲烷所形成 的電漿中）將半導體薄膜層蝕刻至層6深度時的保護層’ 配合HC1: H2〇的溼式蚀刻，然後利用相同的製程來製造基 • 14- 本紙张尺度逋用中國國家樣準（CNS ) A4规格（Z10X297公t ) <請先W請背面之注意事項再填寫本頁) t- 經濟部中夹樣隼局負工消费合作社印装 ，4371 09 A7 B7 經濟部中央樣牟局貝工消费合作社印製 五、發明説明（12 ) 極的Pt/Ti/Pt/’Au接點。氮化矽所形成的保護層則用來保護 基極和集極的接點。如圖3，如果要大量製造很多的結構 在基板上時，藉著乾式蝕刻可以去除基極和集極層中環繞 中間結構區域的部份薄膜以分隔出不同的區域^集極的接 點可以藉由蒸鍵Ni/AuGe在基板的下方來形成圖8表示 製成之電晶體其集極-射基間電流ICE隨集極-基極間電壓 改變的情形’在相同射極線路的狀況下（in a common emitter circuit) ’並在不同基極電流的情況下，ιΒ=〇，20, 40 ...,100 βΑ β 從基材製造階梯式（Ridge Type)雷射二極體，首先必須 在基材表面製造出間隔寬度為寬的線條以區隔出每 個雷射二極體的結構。然後利用上述製造射接接點的方式 將上方疊層接點鍍到上表層。金屬接點的薄膜在後績乾蝕 刻蝕刻深度到p -塗覆層（p-cladding)時可以作為保護層。為 了完成階梯式雷射二極體的結構並利用選擇性溼式蝕刻將 深度蝕刻至蝕刻終止層（Etch Stop Layer)。為了絕緣保護 及平坦化的緣故’並利用電漿輔助化學氣相（PECVD)鍍一 層1.5 厚的氮化矽。晶片在拋光研磨至厚度僅剩120仁m 時再蒸鏟一層AuGe /Ni/Ti/Pt/Au在晶片背面作為接點。然 後雷射二極體經分割並黏接到矽晶片上以幫助散熱。圖9 顯示所製造之雷射二極體其發光功率和注入電流之間的關 係。 -15- 本紙張尺度逋用中國®家搮車（CNS)A4现格（2丨0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) i 4" τ 4371 Ο 9 Α7 Β7 五、發明说明（13 ) 經濟部中央樣隼局男工消费合作社印裝 表L HBT-結構 每層的名稱 材料 厚度 摻雜濃度 [nm] [cm’3] 接點 InGaAs 50 n:5 · 10 丨8 InP 1300 n:l * 1018 InGaAsP ( λ -1,3 /Z m) 2 n:l * 1018 射極 InP 200 n:5 · 1017 距離層 InGaAsP ( λ =1，3 # m) 5 未掺雜 基極 InGaAsP ( λ -1,3 β m) 80 p:4 · 10ls 集極 9xInGaAsP，( ；Ul，3 # m)-能障層，8 未摻雜 拉伸應力0,9%， 8xInGaAsP4 # m)-量子丼層 7 未摻雜 層7壓縮應力1% 集極 InGaAsP ( Λ=1}3 /Zm) 40 n:l · 1017 集極 InP 200 n:l · 1017 次集極 InP 500 n:l · 10IS 表2.雷射二極體結構 每層的結構 材料 厚度 摻雜濃度 [nm] [cm-3] 接點 InGaAs 50 擴散p-型元素 包覆層 InP 1300 搞散p-型元素 袖刻停止層 InGaAsP ( λ =1?3 /Z m) 2 搞散p-型元素 塗覆層 InP 200 換散p-型元素 p-SCH InGaAsP ( λ =lf3 jU m)' 5 搞教p-型元素 p-SCH InGaAsP ( λ =1,3 β m) 80 η;4 · 1018 主動層 9xInGaAsP-(又=153 y m)-能障層 S 未摻雜 拉伸應力0j%， 8xInGaAsP-(又=1，55 /Z m)-量子井層 7 未摻雜 層，壓縮應力1% n-SCH InGaAsP ( λ =1?3 m) 40 n:l * 1017 包覆層 InP 200 n:l * 10i7 包覆層 InP 500 n:l * ΙΟ18 -16- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) I丨裝 訂 本紙張尺度遘用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐） 4371 〇 9 A7 B7 五、發明説明（14 ) 圖6為異質雙極電晶體在平衡狀態下計算所得之電子和 電洞的ft ττ圖。圖7則為雷射二極體在順向偏恩下的能帶 圖。 上述的雷射二極體為側邊發光型，然而只要經過些許的 製程改變也可以製造成表面發光型的雷射二極體。 如果精於製造的程序及方法，很容易即可以改善這些條 件°因此本發明並不僅僅侷限於上述所提出之代表性元件 及例子。兑是各種改變及概念或範圍不脫離以上所描述 的’皆包含在本專利申請範圍之内3 (請先M讀背面之注意項再填寫本頁) 裝 經濟部中央橾牟局貝工消费合作社印装 -17- 本紙張尺度遴用中囷國家橾準（CNS ) A4说格（210X297公* )

Claims (1)

1. ABCD 補充4371 Ο 9 —______ 六、申請專利範圍 •—種在具有一表面之相间基板上製造電晶體及雪射二極 體之方法’其步驟包括： -在基板表面上建構—疊層序列，選擇在疊層序列中 的叠層成為半導體並具有此一順序和組成及捧雜濃度， 使得 广在基材界限屋之表面處，側向界限至少一個第— ω時，在該至少一個第一區域中形成電晶體结構，及 . δ使一種物質揸1進入該順序層之上方疊層中，位 於基板表面之至少一個第二區域時，各第二區域係與第 一區域彼此分隔，改變上方吞層中的搀雜成j，其側向 地界限至少一個第二區域中之至少一個第二菡 層‘ ’而形成雷射電晶體結構。 2. 如申請專利範園第丨項之方法，其中簦廣岸列係經選 擇，以致疊層序列中有一層形成量子井結構或雷射結構 的王動區，該雷射結構係在使該物質擴散至第二區域 中’並側向界限第二區域時而形成。 3. 如申請專利範圍第i項之方法，其中疊層序列係經選 擇，以致當使該物置至至少一個第二區域中之疊層 序列之上方疊層時，在上方疊層中摻雜之型式’會從卜 摻雜改變至p -摻雜或從£_摻雜改變至n摻鍊。 4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中疊層序列係經選 擇，因此一個異質接面係在疊層序列中形成，於是在側 向界限至少一個第一區域時，致使在第一區域中之疊層 形成一個電晶體結構，此電晶體結構為1質繫炻愈符 ___-18， 本纸張又度連用中國_家橾準（CNS > Α4规格（210><297公簸） --------------ΐτ------0 i {請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經滌部令央標率局—工消费合作社印装 /¾ 〇g 43?1 A8 B8 C8 D8 、申請專利範圍 ϋ 經濟部4-央輮準局見工消费合作社印裂 如申請專利範圍第1項之方法，其+眷層序列係經選 擇，因此一個異質接面係在疊層序列中形成 > 以致當側 向界限至少一個第一區域時，致使在第—區域内之疊層 中形成電晶體結構’此電晶體結構為異質雙極電晶體， 其具有異質接面位在該電晶體結構射極和基極之間。 6.如申請專利範圍第1項之方法，其中疊層序列係經選 擇，因此—疊層序列中之第一層係與疊層序列中之直接相 鄰第二層形成異質接面..，介於該第一層與第二層之間， 因此在使該物質擴散至該至少一個第二區域中之上方疊 層，及側向界限該至少一個第二區域，以致在至少一個 第二區域中之疊層形成雷射结構時，該第一層係對雷射 結構之主動區域塊形成一個各別界限異質結構（S(：H)。 7·如申請專利範圍第丨項之方法，其中疊層序列係經選 擇，因此當側向界限至少一個第一層，以致在第一區_域 中之吞層形成雷射結構時，在疊層序列辛之疊層會在電 晶體結構中形成一層集極，當使該物質播散到至少一個 第二區域中之上方疊層並側向界限該至少一個第二區 域’以致在至少一個第二區域中之疊層形成雷射結構 時’則形成一種獨立分離的n _型界限異質結構（n_sc：H) 來作為雷射結構的主動區^ 8.如申請專利範圍第1項之方法，其中疊層序列係經選 擇’因此當側向界限至少一個第一區域，以致使該至少 一個第一區域中之疊層形成雷射結構時，在叠層序列t -19- (請先Μ讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) .丨-裝. 訂 - ΜNs c (V - ^

   -C 4371 Ο 9 六、申請專利範圍 散到至:：體結構中形成一層基極’當使該物質擴 ㈣至乂-個第二區域中之上方叠廣並側向界限至少一 個第二區域，以致使在至少一個第二區 趣構時，形成-種獨立分離的ρ_型界限異質二: SCH)來作為雷射結構之主動區。 9. -種具有-#層序列之基板，在此眷層㈣中之叠屠係 由半導體材料構成，並位於基極表面上，其中疊層序列 包含以此-順序具有此種组成及捧雜之#層，在基板表 面之第一區岑被惻向界限時，在裹—區^中之要層係形 成電晶體結構，及當使預定捿雜劑播散£這些疊層之上 立^時，於上方查_層中之摻雜係被改變，因此當基板 表面之第二區域被側向界限時，於第二區域中之疊層會 形成窜射結構» 10. 如申請專利範圍第9項之基板，其中疊層序列包含以此 順序具有此種組成及摻雜濃度之疊層，當基板表面之第 一區域被侧向界限，以致在第一區域中之疊層形成電晶 禮結構時’該疊層係在電晶體結構中形成集極，其包含 一層，當使預定摻雜劑擴散至該疊層序列之上方疊層 中’以改變上方疊層中之摻雜，及側向界限基板表面之 第二，以致使第二區域中之疊層形成雷射結構時， 該層係形成雷射結構之量早井結槿或主動區β 11. 如申請專利範圍第9項之基板，其中疊層序列包含以此 順序具有此種組成及摻雜之疊層，當使預定摻雜劑擴散 至上方疊層時，上方疊層之摻雜型式係由η -摻雜轉變為 本紙張尺度遑用國家橾率（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 1^---;----d------ir------0 (請先Μ讀背面之法意事項再4寫本頁) 鍾濟部_央標準局員工消费合作社印«. -20- 43Ή Ο 9 Α8 Β8 CS D8 六、申請專利範圍 Ρ -摻雜或是由Ρ-摻雜轉變為η_掺雜a 12. 如申請專利範圍第9項之基板，其中疊層序列包含具有 特定堆疊順序，組成及摻雜之疊層，以致至少一個異質 在疊層序列中形成，因此當侧向界限基板表面之第 一區域，以致使星一尾差之疊層形成電晶體結構時，該 電晶體結構為異質嚶炻電晶體。 13. 如申請專利範圍第9項之基板，其中簦層序列包含具有 特定堆疊順序’组成及摻雜之晏層，以致一個異質接面 係於疊層序列中形成，此異質接面係位在疊層序列中之 第一層與第一層之間，當基板表面之第一區域被側向界 限’以致第一區域中之疊層形成電晶體姑構時，該第一 層與第一層係個別形成電晶禮結構之射極與基極，此電 晶體結構為異質雙極電晶體。 經濟部令央檬隼局貝工消费合作杜印«. ~ i — (請先wt»背面之注意事項再填寫本頁) 14. 如申請專利範圍第9項之基板，其中疊層序列包含以此 順序具有此種組成及摻雜之疊層，當基板表面之第一區 域被側向界限，以致藉第一區域中之疊層形成電晶禮結 構時’遠層係形成電晶體結媒之集極，當使預定摻雜劑 擴散至上方疊層中，且基板之第二區域被侧向界限，以 致在第二s_座中之疊層形成雷射結構時，係形成—個獨 立分離之η -型界限異質结構（n-SCH)來作為雪射結構之 主動區。 15. 如申請專利範圍第9項之基板，其中疊層序列包含以此 順序具有此種組成及摻雜之疊層，當基板之策一區域被 側向界限’以致在第一區域中之疊層形成電晶想、结嫌 -21 - 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS )八4規》格（210X297公釐） 4371 Ο 9 H C8 D8 六、申請專利範圍 時，該層係包含在電晶體之基極中，當使.預..定Ιϋ激掖 卷至上方春層中，且基板之j二區域被側向界限，以致 在第二區域中之疊層形成雷射結構，則形成一個獨立分 離的Ρ -型界限異皙結mfp-SCH)來作為之主動 區。 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) '1T 經濟部中央標準局貝工消費合作社印裂 -22- 本紙張尺度適用中躅«家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐）