[实用新型]宽光谱范围的异质结光晶体管

说明书

本实用新型涉及铟磷系异质结光晶体管，它特别适用于宽范围的光检测。

铟磷系异质结光晶体管由管座、管帽，安装在管座上的管芯和安装在管帽上的耦合透镜所组成，它们封装成一体，其核心部件是管芯。异质结光晶体管芯有三个作用区：发射区、基区和集电区。发射区是宽带隙材料，基区为窄带隙材料，它们组成的发射结为异质结。该异质结对于从基区向发射区反向注入的载流子产生附加势垒，从而大大提高了发射结的注入效率。集电结可以是同质结也可以是异质结。发射结正向偏置，收集结反向偏置，基区悬浮。在基区内的光生载流子使得发射结正向偏置增大，结果由于晶体管的作用而使光电流放大。

通常的异质结光晶体管均采用正面光注入，即耦合透镜与管芯正面准直。其原理如图1所示，它的管芯由正电极1、集电区2、基区3、发射区4、衬底5和负电极6构成。当入射光7通过衬底从发射区正面注入时，由于发射区4和基区3材料本征吸收的限制，只有能量小于发射区材料带隙的光才能到达基区，同时只有能量大于基区材料带隙的光才能被基区所吸收，形成注入基区的光电流。由本征吸收波长限制公式λ_o＝1.24/E_g，可知InGaAs/InP异质结光晶体管的光谱响应受发射区材料InP(其带隙300K时为1.35电子伏特)和基区材料InGaAs(其带隙300K时为0.75电子伏特)的限制。因此其光谱响应范围从1.65微米到0.92微米，如图3中曲线A所示。

本实用新型的目的在于为克服已有技术的不足之处，对异质结光晶体管结构进行改进，使其扩宽了光谱范围，且具有结构简单，制作容易等特点。

本实用新型设计出一种宽光谱范围的异质结光晶体管，由封装成一体的管座、管帽，安装在管座上的管芯和安装在管帽上的耦合透镜所组成，其特征在于所说的管芯侧面与所说的透镜准直。

本实用新型的管芯采用侧面进光。其原理如图2所示，它的管芯由正电极8、集电区9、基区10、发射区11、衬底12和负电极13构成。入射光14通过自聚焦透镜15照射在发射结上，避免了发射区材料InP对于波长小于0.92微米光的吸收，从而把铟磷系异质结光晶体管的光谱响应扩展到可见光段，即从1.65微米扩展到0.4微米，如图3中曲线B所示。

本实用新型的特点：其一是光谱响应范围宽，它包含了从可见光到近红外等常用的检测光波段。其二是工艺简单，制作方便。本实用新型可广泛用于纺织、印刷的自动测色，医疗上的紫外幅射，化学上的色度对比，激光功率的检测以及光通讯等技术领域。

附图简要说明：

图1为已有技术术原理示意图。

图2为本实用新型原理示意图。

图3为已有技术与本实用新型光谱范围对比图。  

图4为本实用新型一种实施例结构示意图。

本实用新型设计出一种宽光谱范围的异质结光晶体管实施例，其结构如图4所示。

本实施例为铟磷系宽光谱范围的异质结光晶体管芯，发射结为异质结，集电结为同质结，采用液相外延生长方法制成。在载流子浓度为2×10¹⁸/cm³的n型InP衬底上依次生长n型InP发射区、P型InGaA5基区和n型InGaA5集电区。发射区的厚度为5微米，载流子浓度为1×10¹⁸/cm³，基区的厚度为0.5微米，载流子浓度为1×10¹⁷/cm³，集电区的厚度为3微米，载流子浓度为1×10¹⁷/cm³。外延片减薄后，双面蒸镀AuGeNi/Au，合金后形成欧姆接触电极。其构造如图4所示，解理后形成的管芯18键合在管座19上，用自聚焦透镜16和管帽17进行耦合封装。采用自聚焦透镜是为了提高入射光的耦合效率，使器件更加实用。