[發明專利]基區漸變的單向載流子傳輸的雙異質結光敏晶體管探測器

有效

• 申請號: 201310485411.X
• 申請日: 2013-10-16
• 公開（公告）號: CN103545398A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 霍文娟;謝紅云;江之韻;張良浩;張萬榮
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01L31/11
• 分類號: H01L31/11;H01L31/0352;H01L31/0304
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于半導體光電子技術領域，是一種可同時實現高響應度、高截止頻率的基區漸變的單向載流子傳輸雙異質結光敏晶體管(UTC-DHPT)探測器。

背景技術

全球寬帶綜合網業務量的飛速增長，要求作為骨干網的光通信網絡有更大的信息傳輸容量和更快的信息處理速度。對光接收端(Receiver)來說，需要有高速率，高響應度，高增益和低噪聲等性能。光探測器作為Receiver中的關鍵器件，要有相當出色的探測效率和高速工作的能力。另一方面，目前的RoF系統多采用基于光外差的中頻傳輸方案，基站需要在光探測吸收的同時完成光注入鎖定、混頻和變頻等功能。因此對接收機Receiver光探測器提出了越來越高的性能要求。

目前應用于Receiver的探測器多是PIN光探測器或APD光探測器。PIN探測器本身沒有光增益，產生的光電流較小。芯片制作工藝復雜。APD探測器基于雪崩倍增機理，本身能產生電流增益放大光生電流，但會引入較大噪聲，限制了Receiver的接收靈敏度。

異質結光敏晶體管(HPT)使用異質結雙極晶體管(HBT)器件結構，集成光探測和電放大兩種功能。在較低的直流偏置下，HPT同時實現光接收和光電流放大，克服了PIN探測器和APD探測器固有的缺點。另一方面，用于RoF基站的HPT，在光探測吸收的同時，利用其非線性可以完成注入鎖定、混頻、變頻等功能，這是PIN和APD所不能實現的，HPT器件的制作工藝與HBT完全兼容，為多功能光接收機Receiver的OEIC芯片提供方便。

傳統的HPT大多采用單異質結外延結構，用基區和集電區同時作為吸收區，光生載流子(包括電子和空穴)集中產生于耗盡區和集電區，空穴的遷移率較低，其在集電區中的緩慢輸運嚴重地限制了器件的光電響應速度，器件在提高響應度與響應速度之間存在著矛盾。

單行載流子光電探測器(UTC-PD)是一種新型的探測器，器件中只有電子作為載流子流過結區，因此，相對于傳統的PIN探測器而言，它具有更快的響應速度、更高的飽和電流和更寬的線性動態范圍。將UTC思想運用到HPT中，緩解了空穴低遷移率對對光電響應速度的限制，實現了器件的單載流子傳輸，大大地提高了器件的響應速度，緩解了其在響應度和響應速度的矛盾，使其可以同時具有高響應度和高響應速度。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的是提供一種InP/InGaAsP單向載流子傳輸的雙異質結光敏晶體管(UTC-DHPT)探測器，具有高響應度、高特征頻率，且易于與HBT的集成。

為達到上述目的，本發明提供了一種可同時實現高響應度和高特征頻率的InP/InGaAsP基區漸變的單向載流子傳輸雙異質結光敏晶體管(UTC-DHPT)探測器，包括：

一InP襯底，利用金屬有機化合物化學氣相沉積(MOCVD)方法在InP襯底上依次制備出InP緩沖層、InGaAsP次集電區、InGaAsP集電區、兩層不同材料帶隙波長的InGaAsP過渡層、材料帶隙波長漸變的InGaAsP基區、InP發射區、InP蓋層、InGaAs歐姆接觸層；一發射極，采用濺射的方法制作在InGaAs歐姆接觸層上；一基極，采用濺射的方法制作在InGaAsP基區之上；一集電極，采用蒸鍍的方法制作在InP襯底上。

上述方案中InGaAsP集電區的材料帶隙波長為1.1μm，n型輕摻雜(<1.0×10¹⁷cm^-3)，厚度介于0.3μm到0.5μm之間；

上述方案中過渡層包括兩層：(1)厚度為0.01μm、材料帶隙波長為1.3μm的i型InGaAsP；(2)厚度為0.01μm、材料帶隙波長為1.4μm的i型InGaAsP;

上述方案中InGaAsP基區的材料帶隙其中所述的InGaAsP基區材料的帶隙波長為線性漸變的，材料帶隙波長從1.55μm漸變到1.4μm，p型重摻雜(≥1.0×10¹⁸cm^-3)，厚度介于0.1μm到0.15μm之間;

上述方案中InP發射區為n型中等摻雜（≥1.0×10¹⁷cm^-3且<1.0×10¹⁸cm^-3），厚度介于0.05μm到0.1μm之間；

上述方案中InGaAsP基區與InP發射區形成e-b異質結，其中所述的InGaAsP集電區與InGaAsP基區形成c-b異質結，進而器件形成e-b結和b-c結雙異質。

上述方案中發射極為鈦金合金材料；