[發(fā)明專利]具備光電轉(zhuǎn)換和放大功能的異質(zhì)結三極管

有效

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• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103247675A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設計）人: 李洪濤;矯淑杰;王宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737;H01L31/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于紅外探測技術領域，涉及一種異質(zhì)結晶體三極管，具體涉及一種具備光電轉(zhuǎn)換和放大功能的異質(zhì)結三極管。

背景技術

目前在進行紅外探測時一般均采用光伏或光導結構，也有利用光-熱-電轉(zhuǎn)換的，如VO₂等材料，但其反應速度很慢。而光伏和光導結構用光量子激發(fā)直接產(chǎn)生載流子，反應時間在微妙級。

與光伏結構相比，光導結構就是一個光敏電阻，其躁聲較大，靈敏度較低。

光伏結構（PN結或PIN結構）直接把入射的光量子轉(zhuǎn)化為載流子，但該結構本身沒有放大環(huán)節(jié)，一般是用另外的放大器進行放大，其間的弱信號傳輸易于受到干擾從而使燥聲加大。如果能把InSb等窄帶隙材料制備成具有放大功能的三極管結構，則就能同時具備光電轉(zhuǎn)化和放大的雙重功能，但由于InSb的本征載流子濃度太高使得該材料的晶體三極管不容易制造出來。目前最容易制備晶體三極管的材料是Si，其次是Ge（帶隙稍窄）和GaAs(帶隙稍寬)。

如果把容易制備晶體三極管的材料（Ge,?Si或GaAs）與能夠進行紅外探測的材料（InSb）結合起來，則就能利用兩種材料各自的優(yōu)點，從而制備出異質(zhì)結晶體三極管。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是將容易制備晶體三極管的材料（Ge,?Si或GaAs）與能夠進行紅外探測的材料（InSb）結合起來，進而提供一種同時具備光電轉(zhuǎn)換和放大功能的異質(zhì)結三極管。

本發(fā)明的異質(zhì)結三極管包括襯底，在襯底表面依次生長的與襯底材料相同的P型層、N型InSb或?N型InAs/GaSb超晶格層，以及設置在N型InSb或?N型InAs/GaSb超晶格層之上的透明電極層，在襯底的底部和透明電極層的上部分別設置有金屬引線。

上述結構中，所述襯底的材料為N⁺型GaAS、N⁺型Si或N⁺型Ge等晶體材料，在其上生長的P型層的材料應與襯底的材料相對應，即：當襯底為N⁺型GaAS，在其上生長P型GaAS；當襯底為N⁺型Si，在其上生長P型Si；當襯底為N⁺型Ge，在其上生長P型Ge。

上述結構中，所述襯底的摻雜濃度應在10²⁰個原子/cm³左右；P型層的摻雜濃度在10¹⁸個原子/cm³左右，InSb或InAs/GaSb超晶格層的摻雜濃度應在10¹⁸個原子/cm³左右。

當上述摻雜濃度若有變化，則將導致所述三極管性能的變化。所述襯底的N型摻雜濃度與P型摻雜濃度之比決定異質(zhì)結三極管的最大可能放大倍數(shù)，實際的放大倍數(shù)還受到P型GaAS層材料厚度的影響。

本發(fā)明的紅外探測用異質(zhì)結晶體三極管，可采用分子束外延設備來生產(chǎn)，該設備通過提供極高的真空度，保證了器件制備過程的無污染，從而獲得優(yōu)異的半導體器件的性能。使用本發(fā)明的異質(zhì)結三極管，則紅外光探測和電信號的初級放大就由一個器件來完成，避免了弱信號的傳輸，從而使得躁聲降低，這對于提高器件的光電響應性能是十分有利的。

附圖說明

????圖1?為本發(fā)明的異質(zhì)結三極管結構，圖2為本發(fā)明的異質(zhì)結晶體三極管能帶圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明，但并不局限如此，凡是對本發(fā)明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

具體實施方式一：如圖1所示，本實施方式中的異質(zhì)結三極管結構包括襯底101，若采用N⁺型GaAS襯底，則用分子束外延等方法在其表面上生長一薄層P型GaAS?102，再生長一薄層N型InSb或?N型InAs/GaSb超晶格103，若采用InAs/GaSb超晶格則可以探測更長的波長，最后在N型InSb或?N型InAs/GaSb超晶格103上制備透明電極層104，在襯底101的底部和透明電極層104的上部分別設置有金屬引線105，用于連接正負極。

上述結構中，所述襯底的摻雜濃度應在10²⁰個原子/cm³左右；P型GaAs的摻雜濃度在10¹⁸個原子/cm³左右，InSb或InAs/GaSb超晶格層的摻雜濃度應在10¹⁸個原子/cm³左右。