[其他]一种蓝紫光范围的异质结光晶体管

说明书

本实用新型涉及到一种异质结光晶体管，它特别适用于兰紫光范围的光检测。

一般异质结光晶体管基本上由三层构成：发射区、基区和集电区。发射结为异质结，集电结可以是同质结，亦可以是异质结。入射光从发射区光敏面注入，由于发射区和基区材料本征吸收的限制，只有当入射光的光子能量小于发射区材料的能隙而大于基区材料的能隙时，才能被基区材料吸收，形成注入基区的光电流，从而得到被放大了的光生电流。这就是异质结光晶体管的光谱响应特性上的窗口效应，也正是由于窗口效应使得短波长范围的光谱响应受到限制。对于GaAs／GaAlAs异质结光晶体管来说其光谱范围通常在6000～9000内，这已为本领域的普通技术人员所熟知。

1982年日本冲电气公司制出了一种具有发光、受光及放大功能的异质结光晶体管，该管的材料是GaAs／Ga0.7Al0.3As，采用液相外延方法制成。发射结为异质结、集电结为同质结，在发射区到基区之间有一组份渐变层Ga₁－xAlxAs，X从0～0.3。采用腐蚀的方法将电极处以外的发射区材料包括组份渐变层和部分基区材料腐蚀掉，使光入射到器件上时，不经过发射区材料而直接照射到基区材料上被吸收，因而在短波长方向较宽范围内也具有一定的光响应，其光谱范围在4000～9500（“多功能光器件的开发一具有发光、受光、电流增益三种功能”（“多機能光デバイス一单一素子光、受光、电流增幅機能”）1982年日本“电子通信学会会志”第65卷第8期第901页。）其结构示意图如附图1所示。由基极①、发射极②、顶层③、发射区④、基区⑤、集电区⑥、衬底⑦和集电极⑧构成。其光谱响应特性曲线如附图2所示。这种异质结光晶体管的优点是在短波长较宽范围内有一定的光响应度，并且集发光、受光和电流放大三种功能于一个器件之中，便于大规模的光电集成。但它仍有不足之处：1、由于基区材料在靠近表面处对短波长范围的入射光吸收多，因而载流子的表面复合造成短波长范围光响应低；2、由于腐蚀要进入基区，故基区要做得较厚，因而影响了该器件的增益；3、腐蚀工艺要求严格，需要根据各层厚度准确掌握腐蚀的速率和腐蚀时间，因而工艺难度大。

本实用新型的目的是改进CaAs／GaAlAs异质结光晶体管的结构，以提高其在兰紫光范围内的光响应度，并且简化制做工艺。

本实用新型的发射结为GaAs／GaAlAs异质结，在基区与发射区之间有一由GaAs到GaAlAs的组份渐变层，光敏面处的发射区材料全部被腐蚀掉，而保留部分以至全部组份渐变层Ga₁－xAlxAs，X为0～0.5，其厚度为200～800，光敏面处组份渐变层的X为0.3～0.5。

这一组份渐变层不宜太厚，否则会使得短波长的光生载流子不能有效地进入结区形成光生电流，从而降低其光响应度。

本实用新型的腐蚀方法是采用对发射区材料腐蚀对部分或全部组份渐变层和基区材料不腐蚀的选择性腐蚀液进行腐蚀。

本实用新型的优点，其一是光谱响应范围宽，兰紫光范围光响应度高，其响应峰值移至5500以下，在4000时仍有约为30％的相对响应度，绝对响应≥70μA／μW。其二是工艺简单、制做方便。本实用新型可广泛用于纺织、印刷的自动测色、医疗上的紫外辐射、化学上的色度对比、激光功率监控以及特定的光通讯等技术领域。

实施例：

兰紫光范围的异质结光晶体管，发射结为异质结，集电结为同质结，在基区与发射区之间的组份渐变层Ga₁－xAlxAs X是从0～0.45，其厚度为300～500，光敏面处的组份渐变层为Ga₁－xAlxAs X＝0.4。其结构示意图如附图3所示：光敏面处的组份渐变层⑨、发射极⑩、顶层（11）、发射区（12）、组份渐变层（13）、基区（14）、集电区（15）、衬底（16）、集电极（17）。

本实用新型的组份渐变层是采用液相外延方法自然形成的（也可采用分子束外延或金属有机物气相沉积方法制成）。其腐蚀工艺是首先采用氨水：双氧水：水＝1：3：16的腐蚀液将顶层光敏面处的GaAs材料全部腐蚀掉（一般需2～3分钟），再用氢氟酸：水＝1：1的选择性腐蚀液（或者采用沸盐酸）对Ga₁－xAlxAs进行腐蚀，此种腐蚀液对Ga₁－xAlxAs在X＞0.4时腐蚀性极强，而当X≤0.4时几乎无腐蚀作用，所以采用此腐蚀液能对光敏面处的发射区材料和部分组份渐变层进行腐蚀并能自行停止于组份渐变层的X＝0.4处。

附图4是本实施例的光谱响应特性曲线。