[发明专利]具备光电转换和放大功能的异质结三极管

说明书

技术领域

本发明属于红外探测技术领域，涉及一种异质结晶体三极管，具体涉及一种具备光电转换和放大功能的异质结三极管。

背景技术

目前在进行红外探测时一般均采用光伏或光导结构，也有利用光-热-电转换的，如VO₂等材料，但其反应速度很慢。而光伏和光导结构用光量子激发直接产生载流子，反应时间在微妙级。

与光伏结构相比，光导结构就是一个光敏电阻，其躁声较大，灵敏度较低。

光伏结构（PN结或PIN结构）直接把入射的光量子转化为载流子，但该结构本身没有放大环节，一般是用另外的放大器进行放大，其间的弱信号传输易于受到干扰从而使燥声加大。如果能把InSb等窄带隙材料制备成具有放大功能的三极管结构，则就能同时具备光电转化和放大的双重功能，但由于InSb的本征载流子浓度太高使得该材料的晶体三极管不容易制造出来。目前最容易制备晶体三极管的材料是Si，其次是Ge（带隙稍窄）和GaAs(带隙稍宽)。

如果把容易制备晶体三极管的材料（Ge, Si或GaAs）与能够进行红外探测的材料（InSb）结合起来，则就能利用两种材料各自的优点，从而制备出异质结晶体三极管。

发明内容

本发明的目的是将容易制备晶体三极管的材料（Ge, Si或GaAs）与能够进行红外探测的材料（InSb）结合起来，进而提供一种同时具备光电转换和放大功能的异质结三极管。

本发明的异质结三极管包括衬底，在衬底表面依次生长的与衬底材料相同的P型层、N型InSb或 N型InAs/GaSb超晶格层，以及设置在N型InSb或 N型InAs/GaSb超晶格层之上的透明电极层，在衬底的底部和透明电极层的上部分别设置有金属引线。

上述结构中，所述衬底的材料为N⁺型GaAS、N⁺型Si或N⁺型Ge等晶体材料，在其上生长的P型层的材料应与衬底的材料相对应，即：当衬底为N⁺型GaAS，在其上生长P型GaAS；当衬底为N⁺型Si，在其上生长P型Si；当衬底为N⁺型Ge，在其上生长P型Ge。

上述结构中，所述衬底的掺杂浓度应在10²⁰个原子/cm³左右；P型层的掺杂浓度在10¹⁸个原子/cm³左右，InSb或InAs/GaSb超晶格层的掺杂浓度应在10¹⁸个原子/cm³左右。

当上述掺杂浓度若有变化，则将导致所述三极管性能的变化。所述衬底的N型掺杂浓度与P型掺杂浓度之比决定异质结三极管的最大可能放大倍数，实际的放大倍数还受到P型GaAS层材料厚度的影响。

本发明的红外探测用异质结晶体三极管，可采用分子束外延设备来生产，该设备通过提供极高的真空度，保证了器件制备过程的无污染，从而获得优异的半导体器件的性能。使用本发明的异质结三极管，则红外光探测和电信号的初级放大就由一个器件来完成，避免了弱信号的传输，从而使得躁声降低，这对于提高器件的光电响应性能是十分有利的。

附图说明

    图1 为本发明的异质结三极管结构，图2为本发明的异质结晶体三极管能带图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式中的异质结三极管结构包括衬底101，若采用N⁺型GaAS衬底，则用分子束外延等方法在其表面上生长一薄层P型GaAS 102，再生长一薄层N型InSb或 N型InAs/GaSb超晶格103，若采用InAs/GaSb超晶格则可以探测更长的波长，最后在N型InSb或 N型InAs/GaSb超晶格103上制备透明电极层104，在衬底101的底部和透明电极层104的上部分别设置有金属引线105，用于连接正负极。

上述结构中，所述衬底的掺杂浓度应在10²⁰个原子/cm³左右；P型GaAs的掺杂浓度在10¹⁸个原子/cm³左右，InSb或InAs/GaSb超晶格层的掺杂浓度应在10¹⁸个原子/cm³左右。