[發明專利]單片光電集成電路及其形成方法

有效

• 申請號: 202010115714.2
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111430401B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 王永進;嚴嘉彬;樸金龍
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L27/15
• 分類號: H01L27/15;H01L33/06;H01L33/32;H01L29/78;H01L21/336;H01L33/00
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤;陳麗麗

1.一種單片光電集成電路，其特征在于，包括：

襯底，包括光子集成器件區域和外圍電路區域；

第一GaN基多量子阱光電PN結器件，位于所述襯底表面的所述光子集成器件區域，用作單片光電集成電路中的發光二極管，包括第一P-型歐姆接觸電極和第一N-型歐姆接觸電極；

第一GaN基場效應晶體管，位于所述襯底表面的外圍電路區域，所述第一GaN基場效應晶體管包括位于所述襯底表面且具有第一凹槽的第一柵極介質層、填充于所述第一凹槽中的第一柵極、以及位于所述第一柵極相對兩側的第一源極和第一漏極；

所述第一源極電連接所述第一P-型歐姆接觸電極，所述第一漏極用于與第一電位電連接，所述第一N-型歐姆接觸電極用于與低于所述第一電位的第二電位電連接，所述第一柵極電連接控制端口，以控制所述發光二極管的亮滅；

第二GaN基多量子阱光電PN結器件，位于所述襯底表面的所述光子集成器件區域，用作所述單片光電集成電路中的光電檢測器，包括第二P-型歐姆接觸電極和第二N-型歐姆接觸電極，且所述第二GaN基多量子阱光電PN結器件與所述第一GaN基多量子阱光電PN結器件通過光波導連接；

電阻，位于所述襯底表面的外圍電路區域；

第二GaN基場效應晶體管，位于所述襯底表面的外圍電路區域，所述第二GaN基場效應晶體管包括位于所述襯底表面且具有第二凹槽的第二柵極介質層、填充于所述第二凹槽中的第二柵極、以及位于所述第二柵極相對兩側的第二源極和第二漏極；

所述電阻的一端電連接所述第二N-型歐姆接觸電極、另一端用于與第三電位電連接，所述第二P-型歐姆接觸電極用于與低于所述第三電位的第四電位電連接，所述第二N-型歐姆接觸電極與所述電阻之間的電位電連接到所述第二柵極，以控制所述第二GaN基場效應晶體管的導通與否。

2.根據權利要求1所述的單片光電集成電路，其特征在于，所述襯底表面還包括AlGaN緩沖層、以及位于所述AlGaN緩沖層表面的未摻雜GaN層；

所述單片光電集成電路還包括一自所述襯底貫穿所述AlGaN緩沖層和所述未摻雜GaN層的空腔，所述光波導為懸于所述空腔上方的GaN固支梁結構，所述第一GaN基多量子阱光電PN結器件和所述第二GaN基多量子阱光電PN結器件形成于所述未摻雜GaN層表面、且均懸于所述空腔上方。

3.根據權利要求2所述的單片光電集成電路，其特征在于，所述第一GaN基多量子阱光電PN結器件還包括沿垂直于所述襯底的方向依次疊置的第一N-型GaN外延層、第一InGaN/GaN多量子阱層和第一P-型GaN外延層，所述第二GaN基多量子阱光電PN結器件還包括沿垂直于所述襯底的方向依次疊置的第二N-型GaN外延層、第二InGaN/GaN多量子阱層和第二P-型GaN外延層；

在外圍電路區域，還包括設置于所述未摻雜GaN層表面的第三N-型GaN外延層，所述第一源極、所述第一漏極、所述第二源極和所述第二漏極均設置于所述第三N-型GaN外延層表面；

所述第三N-型GaN外延層中具有暴露所述未摻雜GaN層的第一通孔和第二通孔，所述第一柵極介質層覆蓋所述第一通孔的內壁以及部分的所述第三N-型GaN外延層表面，所述第二柵極介質層覆蓋所述第二通孔的內壁以及部分的所述第三N-型GaN外延層表面。

4.根據權利要求2所述的單片光電集成電路，其特征在于，還包括：

貫穿所述未摻雜GaN層和所述AlGaN緩沖層并暴露所述襯底的隔離槽，所述隔離槽用于隔離所述光子集成器件區域和所述外圍電路區域。

5.根據權利要求1所述的單片光電集成電路，其特征在于，在沿平行于所述襯底的方向上，所述第一P-型歐姆接觸電極的截面為圓形，所述第一N-型歐姆接觸電極的截面呈弧形環繞所述第一P-型歐姆接觸電極的外周設置；

在沿平行于所述襯底的方向上，所述第二P-型歐姆接觸電極的截面為圓形，所述第二N-型歐姆接觸電極的截面呈弧形環繞所述第二P-型歐姆接觸電極的外周設置。