[发明专利]光控场效应晶体管和使用它的集成光电检测器

权利要求书

1.一种化合物半导体系的光控场效应晶体管，具有形成在衬底 上的沟道层，该沟道层构成源电极与漏电极之间的电流通路并且在该 源电极与漏电极之间充当光电二极管的一部分以及感光区域的一部 分，其特征在于，包括：

衬底侧耗尽层生成层兼背栅层，设置在所述衬底与所述沟道层之 间，与该沟道层构成同质结或异质结，使衬底侧耗尽层从衬底一侧向 该沟道层延伸，并且利用照射光而光产生的载流子对该沟道层施加背 栅偏置；

势垒层，设置在该沟道层的表面一侧，其带隙比该沟道层的带隙 宽，为了使所述光产生的载流子中的一种、即电子在所述沟道层中移 动，使光产生的载流子中的另一种、即空穴停止或者被阻挡，通过在 与所述沟道层的界面处使价带的能带偏移大于导带的能带偏移，从而 仅将空穴选择性地禁闭在该界面上；以及

表面侧耗尽层生成层，设置在该沟道层表面一侧，使表面侧耗尽 层从表面侧延伸进该沟道层，使表面侧耗尽层在未被光照射时与衬底 侧耗尽层相接触以关闭所述沟道层内部的电流通路，使元件为截止状 态。

2.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

所述衬底侧耗尽层生成层兼背栅层具有与所述沟道层中的多数 载流子相反的极性或者是半绝缘的，并具有比所述沟道层宽的带隙。

3.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

所述衬底侧耗尽层生成层兼背栅层的侧表面是半绝缘的或者具 有相反极性，并具有由带隙大的层所覆盖的埋入结构。

4.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

还包括与沟道层的下表面接触的梯度化层；

利用该梯度化层所具有的能带倾斜化结构，使上述由光照射而产 生的载流子从所述衬底一侧向所述表面一侧漂移。

5.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

在所述表面侧耗尽层生成层上开出有呈点状分布的多个开口；

在该带有开口的表面侧耗尽层生成层上，以将该开口完全填充的 方式形成了所述源电极和所述漏电极中的一方。

6.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

在所述沟道层中形成了多个盲孔，该盲孔在沿截面方向看时至少 切除了所述沟道层并且具有间隔地排列，相邻的该盲孔之间的部分成 为电流狭窄区域，该沟道层内流过的电流只能通过该电流狭窄区域流 过。

7.如权利要求6所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

所述表面侧耗尽层生成层还覆盖着暴露于所述盲孔的内壁表面 的层结构的侧表面。

8.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

从俯视图上看，所述源电极和所述漏电极中的一方由所述沟道层 包围，而另一方则包围着该沟道层。

9.如权利要求1所述的光控场效应晶体管，其特征在于，

还包括在所述源电极和所述漏电极之间的中途的、在形成于所述 沟道层上的所述表面侧耗尽层生成层上形成肖特基结或者pn结的栅 电极。

10.一种集成型光检测器，其特征在于，

是将多个如权利要求1所述的光控场效应晶体管集成而制成的；

相邻的各个该光控场效应晶体管之间由到达所述衬底的隔离槽 相互隔离。

11.如权利要求10所述的集成型光检测器，其特征在于，

所述隔离槽的壁表面由与所述衬底侧耗尽层生成层兼背栅层的 极性相反、并且具有比所述沟道层或者所述衬底侧耗尽层生成层兼背 栅层的带隙大的带隙的层所覆盖。

12.如权利要求10所述的集成型光检测器，其特征在于，

所述多个光控场效应晶体管被设置为矩阵形式，在各个行中以相 同的外延层结构形成了如权利要求1所述的光控场效应晶体管作为并 非用于光检测而是用于读出的场效应晶体管。

13.如权利要求10或12所述的集成型光检测器，其特征在于，

在所述多个光控场效应晶体管的每一个中设置有在所述源电极 和所述漏电极之间的中途的、在形成于所述沟道层上的所述表面侧耗 尽层生成层上形成肖特基结或者pn结的栅电极，

其中，该多个光控场效应晶体管的每个除了具有在被光照射时将 光感应的电荷进行放大并读出的功能外，还具有在被光照射时根据对 所述栅电极施加的电压来切断光电流输出的矩阵开关的功能。