本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有高量子效率的ingaas/inp光敏晶體管紅外探測(cè)器。

背景技術(shù)：

紅外探測(cè)器在紅外成像、紅外遙感、精確測(cè)量、光纖傳感、相控陣?yán)走_(dá)、精確制導(dǎo)和紅外光譜儀等領(lǐng)域起著關(guān)鍵性的作用。光敏晶體管紅外探測(cè)器相比出現(xiàn)較早的雪崩光電探測(cè)器(apd)、金屬-半導(dǎo)體-金屬(msm)光電探測(cè)器、pin光電探測(cè)器，具有無雪崩引起的額外噪聲、不需要高的偏置電壓、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和易與異質(zhì)結(jié)晶體管(hbt)集成等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了快速的發(fā)展?，F(xiàn)有的光敏晶體管紅外探測(cè)器采用基區(qū)和集電區(qū)作為光吸收區(qū)，主要依靠集電結(jié)耗盡層產(chǎn)生光生電流。因此，在光敏晶體管光吸收區(qū)面積一定時(shí)，要想提高其量子效率，需要增加集電結(jié)耗盡層的厚度。

降低集電區(qū)摻雜濃度、提高集電結(jié)反向偏置電壓可以增加集電結(jié)耗盡層的厚度。但對(duì)現(xiàn)有的光敏晶體管紅外探測(cè)器來說，降低集電區(qū)摻雜濃度會(huì)降低探測(cè)器的開關(guān)速度；提高集電結(jié)反向偏置電壓則難以使集電結(jié)耗盡層厚度有較大程度的增加，同時(shí)會(huì)提高探測(cè)器的功耗。另外，現(xiàn)有光敏晶體管紅外探測(cè)器集電結(jié)耗盡層厚度的增加還會(huì)受到其集電區(qū)厚度的限制。所以，我們需要提出新的方法來提高光敏晶體管紅外探測(cè)器的量子效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種在1～1.6μm波段入射光下具有高的量子效率的光敏晶體管紅外探測(cè)器。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種具有本征層結(jié)構(gòu)的ingaas/inp光敏晶體管紅外探測(cè)器，包括：

inp材料的襯底，起支撐外延層的作用。

inp緩沖層，厚度為0.5μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁷cm^-3，以提高外延層生長質(zhì)量。

in0.53ga0.47as集電區(qū)，厚度為0.8μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁷～10¹⁸cm^-3，確保探測(cè)器具有足夠的反向擊穿電壓。

in0.53ga0.47as本征層，厚度為1.5～2μm，確保探測(cè)器具有足夠厚的光吸收區(qū)。

in0.53ga0.47as基區(qū)，厚度為0.05～0.1μm，p型摻雜，摻雜濃度為10¹⁸～10¹⁹cm^-3，以降低基區(qū)電阻。

inp發(fā)射區(qū)，厚度為0.05～0.1μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁷～10¹⁸cm^-3，與in0.53ga0.47as基區(qū)形成異質(zhì)結(jié)以提高發(fā)射結(jié)注入效率。

inp帽層，厚度為1.5μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁹～10²⁰cm^-3，以降低串聯(lián)電阻。

in0.53ga0.47as歐姆接觸層，厚度為0.1μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁹～10²⁰cm^-3，確保金屬電極與inp帽層有良好的接觸特性。

經(jīng)過第一次刻蝕形成in0.53ga0.47as集電區(qū)臺(tái)面，并在此臺(tái)面上制作集電極；經(jīng)過第二次刻蝕形成in0.53ga0.47as基區(qū)臺(tái)面，在此臺(tái)面上形成基區(qū)光窗口并制作基極；發(fā)射極在in0.53ga0.47as歐姆接觸層上。

與現(xiàn)有光敏晶體管紅外探測(cè)器相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明創(chuàng)新地在光敏晶體管紅外探測(cè)器的基區(qū)和集電區(qū)之間加入in0.53ga0.47as本征層。由于其基區(qū)為p型重?fù)诫s(摻雜濃度為10¹⁸～10¹⁹cm^-3)，在2v集電極偏置下，集電結(jié)耗盡層展寬至整個(gè)本征層。不同于現(xiàn)有光敏晶體管紅外探測(cè)器的耗盡層主要落在集電區(qū)，本發(fā)明提出的光敏晶體管探測(cè)器集電結(jié)耗盡層包括已加入的本征層和部分集電區(qū)，整個(gè)耗盡層的厚度大大增加。當(dāng)入射光照射本發(fā)明的光窗口時(shí)，集電結(jié)耗盡層吸收了大部分進(jìn)入探測(cè)器的入射光。在集電結(jié)耗盡層產(chǎn)生的光生電子-空穴對(duì)被其中的強(qiáng)電場(chǎng)分離，從而產(chǎn)生光生電流。因此，本發(fā)明在1～1.6μm波段入射光下具有比無本征層結(jié)構(gòu)的光敏晶體管探測(cè)器更高的量子效率和光生電流。

附圖說明

為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖，對(duì)本發(fā)明作一個(gè)詳細(xì)地描述，其中：

圖1是本發(fā)明的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例在集電極偏置為2v下的能帶結(jié)構(gòu)；

圖3是當(dāng)入射光強(qiáng)為100w/cm²時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例和無本征層結(jié)構(gòu)的光敏晶體管在1～1.6μm波段下的量子效率曲線；

圖4是當(dāng)入射光強(qiáng)為100w/cm²時(shí)，本發(fā)明實(shí)施例和無本征層結(jié)構(gòu)的光敏晶體管在1～1.6μm波段下的光生電流曲線。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參閱圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的具有本征層結(jié)構(gòu)的ingaas/inp光敏晶體管紅外探測(cè)器包括：

inp襯底1；由襯底往上依次為inp緩沖層2、in0.53ga0.47as集電區(qū)3、in0.53ga0.47as本征層4、in0.53ga0.47as基區(qū)5、inp發(fā)射區(qū)6、inp帽層7和in0.53ga0.47as歐姆接觸層8。

優(yōu)選地，所述的襯底1厚度為1μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁸cm^-3；

優(yōu)選地，所述的緩沖層2厚度為0.5μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁷cm^-3；

優(yōu)選地，所述的集電區(qū)3厚度為0.8μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁸cm^-3；

優(yōu)選地，所述的本征層4厚度為1.5μm；

優(yōu)選地，所述的基區(qū)5厚度為0.05μm，p型摻雜，摻雜濃度為10¹⁹cm^-3；

優(yōu)選地，所述的發(fā)射區(qū)6厚度為0.08μm，n型摻雜，摻雜濃度為10¹⁷cm^-3；

優(yōu)選地，所述的帽層7厚度為1.5μm，n型摻雜，摻雜濃度為1.5×10¹⁹cm^-3；

優(yōu)選地，所述的歐姆接觸層8厚度為0.1μm，n型摻雜，摻雜濃度為1.5×10¹⁹cm^-3。

經(jīng)過第一次刻蝕形成寬度為7μm的in0.53ga0.47as集電區(qū)臺(tái)面，并在此臺(tái)面上制作集電極；經(jīng)過第二次刻蝕形成寬度為6μm的in0.53ga0.47as基區(qū)臺(tái)面，在此臺(tái)面上形成寬度為4μm的基區(qū)光窗口并制作基極；發(fā)射極制作在in0.53ga0.47as歐姆接觸層上。

參閱圖2所示，本實(shí)施例在集電極偏置為2v下，本征層是完全耗盡的。

為了說明本發(fā)明中in0.53ga0.47as本征層對(duì)提高光敏晶體管光探測(cè)效率的作用，將本實(shí)施例的量子效率和光生電流與無本征層結(jié)構(gòu)且外延層尺寸相同的光敏晶體管進(jìn)行對(duì)比。

參閱圖3所示，當(dāng)入射光強(qiáng)為100w/cm²時(shí)，本實(shí)施例在1～1.6μm波段入射光下的量子效率高達(dá)98％～99％；無本征層結(jié)構(gòu)的光敏晶體管在相同條件下的量子效率僅有65％～73％，且隨入射光波長的增加，量子效率有明顯地下降。

參閱圖4所示，當(dāng)入射光強(qiáng)為100w/cm²時(shí)，在1～1.6μm波段入射光下本實(shí)施例的光生電流明顯大于無本征層結(jié)構(gòu)的光敏晶體管，且隨入射光波長的增加，二者的差距越大。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。