[發明專利]一種三族氮化物基雙異質結光電晶體管

有效

• 申請號: 201610095411.2
• 申請日: 2016-02-22
• 公開（公告）號: CN105742399B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發明（設計）人: 江灝;張靈霞;唐韶吉
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H01L31/11
• 分類號: H01L31/11;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 陳衛

技術領域

本發明涉及可見光與紫外光探測器的技術領域，更具體地，涉及一種三族氮化物基雙異質結光電晶體管。

背景技術

隨著信息技術的發展，光探測、光存儲、光信息的檢測等對探測器性能要求越來越高，尤其是高速高頻高溫等應用領域，更需高增益、低暗電流與高系統性噪比的探測器。光電探測器中，p-i-n光電二極管與雪崩光電二極管（APD）得到了廣泛的研究與應用。p-i-n具有工作電壓低、量子效率高等特點，但沒有內部增益，無法實現弱光探測；APD通過雪崩倍增實現內部增益，但工作電壓高、噪聲大。近年來，光電晶體管由于低電壓下高增益、噪聲低等特點得到了研究者們廣泛的關注與重視。

異質結光電晶體管是在同質結光電晶體管的基礎上發展起來的，即晶體管的發射區用較大禁帶寬度材料，與同質結相比，異質發射結能提高晶體管的注入效率。1998年，美國Wei Yang（Honeywell Technology Center）等人在文章High gain GaN/AlGaN heterojunciton phototransistor（Applied Physics Letters, Vol. 73,No. 7）中首次發表了基于GaN/AlGaN可見光的紫外（即可見光盲紫外）異質結光電晶體管，由于該器件采用發射區上置，從藍寶石襯底一側入射光信號的背入射方式，器件外延結構需要先生長AlN作為緩沖層，然后生長較GaN禁帶寬度更大的AlGaN作為入射光窗口層，導致外延結晶質量下降，器件暗電流較高。2001年，日本大阪氣體公司的Robert Mouillet等人在文章Photoresponse and defect levels of AlGaN/GaN heterobipolar phototransistor grown on low-temperature AlN interlayer（Jpn. J. Appl. Phys, Vol. 40, pp. L498-L501）中報道了采用正入射方式且集電區上置的可見光盲AlGaN/GaN異質結紫外光電晶體管，但該器件未設置入射窗口層和光吸收層，采用基區裸露與45度角入射相結合的方式實現對紫外光探測，不僅器件工藝復雜，而且量子效率和增益都有待提高。2007年，臺南大學M.L.Lee等人在文章Ultraviolet bandpass Al0.17Ga0.83N/GaN heterojunction phototransistors with high optical gain and high rejection ratio（Applied Physics Letters, Vol. 92, 083506）中報道了用發射區上置的可見光盲AlGaN/GaN異質結光電晶體管，發射區采用較大禁帶寬度材料并置于頂層，以改善器件對光的吸收、提高器件發射結的注入效率。這種器件結構與之前報道的結構相比，雖然規避了在藍寶石襯底上直接外延AlN緩沖層及AlGaN窗口層所帶來的晶體質量劣化問題，但其p型基區中摻雜雜質Mg的記憶效應及Mg擴散效應導致Mg原子不只是局限在基區，而是向上擴散至發射區，致使n型發射區產生受主雜質補償，從而降低了器件中載流子輸運效率和性能穩定性。

發明內容

本發明為克服上述現有技術所述的至少一種缺陷，提供一種可實現高光電增益、高可靠性、探測靈敏度高的三族氮化物基雙異質結光電晶體管。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種三族氮化物（包括GaN、AlGaN、AlInN、InGaN、 AlInGaN）基雙異質結光電晶體管，其中，包括襯底及生長于襯底之上的外延層，外延層自下而上的順序依次為緩沖層或者過渡層，施主重摻雜歐姆接觸層，合金組分漸變層，較大禁帶寬度材料的施主摻雜層，較大禁帶寬度材料的非故意摻雜層，受主摻雜層，非故意摻雜光吸收層，合金組分漸變層，較大禁帶寬度材料的施主摻雜窗口層。

優選地，所述的襯底為藍寶石襯底、硅襯底、氧化鎂襯底、碳化硅襯底、三族氮化物襯底、鎵酸鋰襯底、砷化鎵襯底。

優選地，所述緩沖層或者過渡層為低溫或者高溫生長的三族氮化物或者其多元合金材料，厚度為0.02-3 μm。

優選地，所述施主重摻雜歐姆接觸層為電子濃度為低溫或者高溫生長的三族氮化物或者其多元合金材料，電子濃度為8×10¹⁷-5×10¹⁸cm^-3，厚度為0.2~1.5 μm，作為三族氮化物基雙異質結光電晶體管的發射極電極引出層。