基区渐变的单向载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器制造技术

基区渐变的单向载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器属于半导体光电子技术领域，是一种可同时实现高响应度、高截止频率的光敏晶体管(UTC-DHPT)探测器。本发明专利技术包括：一InP衬底，利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法在InP衬底上依次制备出InP缓冲层、InGaAsP次集电区、InGaAsP集电区、两层不同材料带隙波长的InGaAsP过渡层、材料带隙波长渐变的InGaAsP基区、InP发射区、InP盖层、InGaAs欧姆接触层；一发射极，采用溅射的方法制作在InGaAs欧姆接触层上；一基极，采用溅射的方法制作在InGaAsP基区之上；一集电极，采用蒸镀的方法制作在InP衬底上。

Double heterojunction heterojunction phototransistor detector with unidirectional carrier transport based on gradient

Single carrier transport base gradient double heterojunction phototransistor detector which belongs to the technical field of semiconductor optoelectronics, a photosensitive transistor can achieve high response degree, high cut-off frequency (UTC-DHPT) detector. The invention includes a InP substrate by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method in InP gas sequence on the substrate prepared by the InP buffer layer, InGaAsP collector and InGaAsP collector, two layers of different materials of the bandgap wavelength of InGaAsP transition layer, the material band gap wavelength gradient based InGaAsP InP, the launch area, InP InGaAs cover layer, an ohmic contact layer; an emitter, fabricated on InGaAs ohmic contact layer by sputtering method; a base on the production of InGaAsP base region by sputtering method; a collector, using the evaporation method fabricated on InP substrates.

【技术实现步骤摘要】
基区渐变的单向载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器
本专利技术属于半导体光电子
，是一种可同时实现高响应度、高截止频率的基区渐变的单向载流子传输双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)探测器。
技术介绍
全球宽带综合网业务量的飞速增长，要求作为骨干网的光通信网络有更大的信息传输容量和更快的信息处理速度。对光接收端(Receiver)来说，需要有高速率，高响应度，高增益和低噪声等性能。光探测器作为Receiver中的关键器件，要有相当出色的探测效率和高速工作的能力。另一方面，目前的RoF系统多采用基于光外差的中频传输方案，基站需要在光探测吸收的同时完成光注入锁定、混频和变频等功能。因此对接收机Receiver光探测器提出了越来越高的性能要求。目前应用于Receiver的探测器多是PIN光探测器或APD光探测器。PIN探测器本身没有光增益，产生的光电流较小。芯片制作工艺复杂。Aro探测器基于雪崩倍增机理，本身能产生电流增益放大光生电流，但会引入较大噪声，限制了 Receiver的接收灵敏度。异质结光敏晶体管(HPT)使用异质结双极晶体管(HBT)器件结构，集成光探测和电放大两种功能。在较低的直流偏置下，HPT同时实现光接收和光电流放大，克服了 PIN探测器和Aro探测器固有的缺点。另一方面，用于RoF基站的HPT，在光探测吸收的同时，利用其非线性可以完成注入锁定、混频、变频等功能，这是PIN和AH)所不能实现的，HPT器件的制作工艺与HBT完全兼容，为多功能光接收机Receiver的OEIC芯片提供方便。传统的HPT大多采用单异质结外延结构，用基区和集电区同时作为吸收区，光生载流子(包括电子和空穴)集中产生于耗尽区和集电区，空穴的迁移率较低，其在集电区中的缓慢输运严重地限制了器件的光电响应速度，器件在提高响应度与响应速度之间存在着矛盾。单行载流子光电探测器(UTC-PD)是一种新型的探测器，器件中只有电子作为载流子流过结区，因此，相对于传统的PIN探测器而言，它具有更快的响应速度、更高的饱和电流和更宽的线性动态范围。将UTC思想运用到HPT中，缓解了空穴低迁移率对对光电响应速度的限制，实现了器件的单载流子传输，大大地提高了器件的响应速度，缓解了其在响应度和响应速度的矛盾，使其可以同时具有高响应度和高响应速度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种InP/InGaAsP单向载流子传输的双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)探测器，具有高响应度、高特征频率，且易于与HBT的集成。为达到上述目的，本专利技术提供了一种可同时实现高响应度和高特征频率的InP/InGaAsP基区渐变的单向载流子传输双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)探测器，包括:一 InP衬底，利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法在InP衬底上依次制备出InP缓冲层、InGaAsP次集电区、InGaAsP集电区、两层不同材料带隙波长的InGaAsP过渡层、材料带隙波长渐变的InGaAsP基区、InP发射区、InP盖层、InGaAs欧姆接触层；一发射极，采用溅射的方法制作在InGaAs欧姆接触层上；一基极，采用溅射的方法制作在InGaAsP基区之上；一集电极，采用蒸镀的方法制作在InP衬底上。上述方案中InGaAsP集电区的材料带隙波长为1.1 μ m，η型轻掺杂?1.0X IO17CnT3)，厚度介于 0.3 μ m 至丨J 0.5 μ m 之间；上述方案中过渡层包括两层:(I)厚度为0.01 μ m、材料带隙波长为1.3 μ m的i型InGaAsP ； (2)厚度为0.01 μ m、材料带隙波长为1.4 μ m的i型InGaAsP;上述方案中InGaAsP基区的材料带隙其中所述的InGaAsP基区材料的带隙波长为线性渐变的，材料带隙波长从1.55 μ m渐变到1.4 μ m，P型重掺杂(≥1.0 X 1018cm_3)，厚度介于0.1 μ m到0.15 μ m之间;上述方案中InP发射区为η型中等掺杂(≥1.0 X IO17CnT3且〈1.0 X 1018cnT3)，厚度介于0.05 μ m至Ij 0.Ιμ--之间；上述方案中InGaAsP基区与InP发射区形成e_b异质结,其中所述的InGaAsP集电区与InGaAsP基区形成c_b异质结,进而器件形成e_b结和b_c结双异质。上述方案中发射极为钛金合金材料；上述方案中基极为钛金合金材料；上述方案中集电极为金锗镍合金材。【附图说明】为进一步说明本专利技术的技术特征，结合以下附图，对本专利技术作一详细的描述，其中:图1是InP/InGaAsP UTC-DHPT探测器的结构图图2为器件不加过渡层时OV的能带图。图3为器件加过渡层时2V的能带图。图4为使用Silvaco TCAD模拟器件在不同光强下集电极电流随Vce的变化图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。请参阅图1所示，本专利技术实施例提供的InP/InGaAsP单向载流子传输的双异质结光敏晶体管(UTC-DHPT)探测器，包括:一 InP衬底I，利用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)方法在InP衬底上依次制备出InP缓冲层2、InGaAsP次集电区3、InGaAsP集电区4、InGaAsP过渡层5和6、材料带隙波长渐变InGaAsP基区7、InP发射区8、InP盖层9、InGaAs欧姆接触层10 发射极13，采用溅射的方法制作在InGaAs欧姆接触层上；一基极12，采用溅射的方法制作在InGaAsP基区之上；一集电极11，采用溅射的方法制作在InP衬底上。其中所述的InGaAsP集电区的掺杂杂质Si的浓度为1.0 X 1016cm_3，材料的带隙波长为1.1 μ m,厚度为0.4 μ m ;其中所述的i型InGaAsP过渡层5的厚度为0.01 μ m，材料带隙波长为1.3 μ m ;其中所述的i型InGaAsP过渡层6的厚度为0.01 μ m，材料带隙波长为1.4 μ m ;其中所述的InGaAsP基区7材料的带隙波长为线性渐变的，从1.55 μ m线性渐变到1.4 μ m,杂质Zn的浓度为1.0X IO18CnT3,厚度为0.1 μ m ；其中所述的InP发射区8的厚度为0.05 μ m，杂质Si的浓度为1.0X IO17CnT3 ；其中所述的集电极11为金锗镍合金材；其中所述的基极12为钛金合金材料；其中所述的发射极13为钛金合金材料。其中所述的InGaAsP基区7材料的带隙波长是线性渐变的，可在基区内部形成内建电场，促进电子在基区的渡越，电场增强因子依赖内建电场的强度通常取值为4到10之间，这样会大大提高器件的放大倍数，进而提高器件的响应度。其中所述的InGaAsP基区7与InP发射区8形成e_b异质结,其中所述的InGaAsP集电区4与InGaAsP基区7形成c_b异质结,进而器件形成e_b结和b_c结双异质,且只用η型重掺杂InGaAsP基区7作为吸收层。当光垂直入射时，光生载流子产生于基区，空穴作为多数载流子通过快速弛豫到达e-b结界面，增加e_b结耗尽区的正电荷，降低e_b结势垒，发射区大量的电子翻越e-本文档来自技高网...

【技术保护点】
基区渐变的单向载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器，其特征在于：一InP衬底，利用金属有机化合物化学气相沉积方法在InP衬底上依次制备出InP缓冲层、InGaAsP次集电区、InGaAsP集电区、两层不同材料带隙波长的InGaAsP过渡层、材料带隙波长渐变的InGaAsP基区、InP发射区、InP盖层、InGaAs欧姆接触层；一发射极，采用溅射的方法制作在InGaAs欧姆接触层上；一基极，采用溅射的方法制作在InGaAsP基区之上；一集电极，采用蒸镀的方法制作在InP衬底上；所述的InGaAsP集电区的材料带隙波长为1.1μm，n型轻掺杂，掺杂浓度>1.0×1014cm?3且<1.0×1017cm?3，厚度介于0.3μm到0.5μm之间；所述的过渡层包括两层：(1)厚度为0.01μm、材料带隙波长为1.3μm的i型InGaAsP；(2)厚度为0.01μm、材料带隙波长为1.4μm的i型InGaAsP；所述的InGaAsP基区材料的带隙波长为线性渐变的，材料带隙波长从1.55μm逐渐变化到1.4μm，p型重掺杂，掺杂浓度≥1.0×1018cm?3，厚度介于0.1μm到0.15μm之间。

【技术特征摘要】
1.基区渐变的单向载流子传输的双异质结光敏晶体管探测器，其特征在于: 一 InP衬底，利用金属有机化合物化学气相沉积方法在InP衬底上依次制备出InP缓冲层、InGaAsP次集电区、InGaAsP集电区、两层不同材料带隙波长的InGaAsP过渡层、材料带隙波长渐变的InGaAsP基区、InP发射区、InP盖层、InGaAs欧姆接触层； 一发射极，采用溅射的方法制作在InGaAs欧姆接触层上； 一基极，采用溅射的方法制作在InGaAsP基区之上； 一集电极，采用蒸镀的方法制作在InP衬底上； 所述的InGaAsP集电区的材料带隙波长为1.1 μ m, η型轻掺杂,掺杂浓度>1.0 X IO14Cm 3 且〈1.0 X IO17Cm 3，厚度介于 0.3 μ m 到 0.5 μ m 之间；所述的过渡层包括两层:(I)厚度为0.01 μ m、材料带隙波长为1.3 μ m的i型InGaAsP ；(2)厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍文娟，谢红云，江之韵，张良浩，张万荣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：