[发明专利]一种光控HEMT及其控制方法

说明书

本发明公开了一种光控HEMT及其控制方法，结合了增强型和耗尽型导电沟道，当合适的光信号入射到量子阱有源区时，第一沟道层中产生的电子‑空穴对可以在栅压电场的作用下迅速分离，电子处于第一沟道层中导通，空穴在电场作用下向第二沟道层漂移并与第二沟道层中的电子复合，消除了光生电子‑空穴之间的库伦吸引的影响，使第一沟道层中光生电子迁移率大大提高，同时也消除了空穴迁移率低的缺陷。由于第一沟道导通的自由电子完全是由光照产生的，通过外加光信号控制第一沟道的截止与导通，无光照时第一沟道截止，有光照时第一沟道导通，因此本发明所述电子器件的开关完全是由光控制的，并且只有光生电子参与第一沟道信号的传输，从而可以大大提升HEMT的频率特性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种光控HEMT及其控制方法。

背景技术

HEMT(High Electron Mobility Transistor)，是一种异质结场效应晶体管，能够工作于超高频(毫米波)、超高速领域。常规的HEMT靠调节栅极电压来控制导电沟道的开关，存在一定延迟，使得HEMT无法达到很高的工作频率，现有的HEMT的工作频率小于1THz。目前，也有HEMT结合了光控技术，但其存在两方面的局限。其一，它仅局限于利用光照来影响其阈值电压以及I-V电学特性，导电沟道的载流子仍然主要靠势垒层提供，并没有实现完全利用光照控制其沟道的开关，因而现有HEMT的导电沟道的开关依旧是依赖栅极电压的控制，限制了其频率特性的提高；其二，光照产生的空穴也参与导电，由于空穴的迁移率远小于电子，并且电子与空穴之间有库伦吸引(coulomb attraction)，因此也限制了器件的最大工作频率。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种用光来控制导电沟道的开关，有效消除常规HEMT栅控导电沟道开关的延迟问题，从而进一步提升了HEMT的高频特性的光控HEMT。

技术方案：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种光控HEMT，包括最下层的衬底，衬底上生长缓冲层，缓冲层上生长量子阱有源层；其中量子阱有源层从上到下依次包括：第一势垒层、第一隔离层、第一沟道层、第二沟道层、第二隔离层、第二势垒层；量子阱有源层的上表面设置源极、漏极和栅极，栅极位于源极和漏极的中间，源极和漏极为欧姆接触；在源极和漏极外侧再分别设置欧姆接触的第一电极和第二电极分别与第二沟道层连通，并与第一势垒层、第一隔离层、第一沟道层通过绝缘层隔离。

进一步，所述第二沟道层的禁带宽度大于所述第一沟道层的禁带宽度。光信号的能量大于第一沟道层的禁带宽度而小于第二沟道层的禁带宽度，当光信号入射到量子阱有源层时，只有第一沟道层产生光生载流子。

进一步，所述第一电极和第二电极分别通过n型重掺杂的第一区域和第二区域与第二沟道层的两端相连通，第一区域和第二区域分别与第一势垒层、第一隔离层、第一沟道层通过绝缘层隔离。如此可以通过第一电极和第二电极与第二沟道层形成回路，避免空穴堆积在第二沟道层。

进一步，所述第一电极和第二电极为“L”型，“L”型的第一电极和第二电极的侧边分别通过绝缘层和第二沟道层的侧面连接，“L”型的第一电极和底边分别与第二隔离层的上表面连接。这样能够有效解决常规的表面电极引起的内部电场弯曲问题。

进一步，还包括光吸收层，所述光吸收层设置在第一沟道层和第二沟道层之间，第一沟道层和第二沟道层的禁带宽度均大于光吸收层的禁带宽度。这种情况下光信号的能量大于或等于光吸收层的禁带宽度而小于第一沟道和第二沟道的禁带宽度，这样第一沟道和第二沟道可以选用禁带宽度大的材料，比如GaN等，两个沟道的材料选择不受光信号能量的限制。

进一步，所述光吸收层为多层量子阱结构的光吸收层。这样可以提高光转换的量子效率，并且可以调节吸收波长。

进一步，所述第一沟道层为增强型；所述第二沟道层为耗尽型。

进一步，所述绝缘层可以是氧化物、电介质或沟槽。