[发明专利]镓铟砷(GaInAs)横向光电晶体管

说明书

本发明属光电子学领域，特别是光电子学的光电集成技术领域。

目前在长波长接收器光电集成中采用的光电探测器有两种，一种是PIN光电二极管，它作为光电探测器已被广泛应用，但与结型场效应晶体管(JFET)进行单片集成时遇到了困难，PIN光电二极管要求外延层厚而掺杂浓度极低。与比相反，结型场效应晶体管要求外延层薄而掺杂浓度高。所以无法在同一外延层上制作光电器件和电子器件，研究者们只好先生长结型场效应晶体管需要的掺杂浓度较高的、厚度较薄的外延层，在其上再生长PIN光电二极管导电所需的极高浓度的外延层，最后生长光电二极管耗尽区所需的极低掺杂浓度的厚外延层。这样的掺杂浓度由高往低的变化无法用液相外延技术达到，金属有机化合物气相外延(MOCVD)技术也难满足要求。研究者需用分子束外延(MBE)技术制作这三个外延层。设备昂贵，技术复杂。由于PIN光电二极管和结型场效应晶体管不在一个外延层上，非平面结构给光刻工艺和欧姆接触连线工艺造成困难。第二种是金属半导体金属光电探测器(MSM Photodetector)，它与砷化镓场效应晶体管作单片光电集成获得成功，但能检测到长波长1.3-1.55微米光信号的材料镓铟砷的肖特基势垒太低，无法直接做成这种结构，研究者试图用分子束外延技术制作超晶格使其最上面一层的肖特基势垒高度满足要求，或者制作非匹配外延层使最上层的肖特基势垒高度满足要求，这些工艺难度很大，设备昂贵，所以长波长接收器光电集成的研制中尚未找到如短波长接收器光电集成中的金属半导体金属光电探测器那样能与电器件外延层共用、工艺共容的器件结构。

本发明的目的在于克服上述的缺点和困难，提供一种能与镓铟砷结型场效应晶体管(GaInAs Junction Field EffectTransistor，JFET)外延层共用、工艺共容的光电器件结构一镓铟砷横向光电晶体管(GaInAs Lateral Phototransistor，LPT)。

本发明可以用成熟的液相外延工艺制作单一镓铟砷外延层，而在其上制成长波长接收器光电集成单片(专业术语称为LPT+JFET)。也可以单独作为长波长光电探测器件用于高速光纤传输系统，它比PIN光电二极管的响应速率高得多。

本发明对砷化镓金属半导体金属光电探测器的工作原理提出了新的解释，认为它实际上是一个基区自然悬浮的横向光电晶体管，这样就不一定要制作肖特基势垒，本发明就是在镓铟砷外延层上制作pnp型横向光电晶体管。

图1为长波长接收器光电集成单片结构图。

其中(1)为半绝缘铟磷衬底

(2)为n型镓铟砷外延层

(3)为p型层

(4)为P型欧姆接触

(5)为横向光电晶体管

(6)为结型场效应晶体管

(7)为栅电极

(8)为源电极

(9)为漏电极

本发明的特征在于，将镓铟砷横向光电晶体管(5)与镓铟砷结型场效应晶体管(6)制作在同一镓铟砷外延层上。在半绝缘铟磷衬底(1)上外延生长厚约，1微米的n型镓铟砷外延层(2)，在其顶部制作交错指状电极形状的一对P型层(3)，在p型层(3)上制作P型欧姆接触(4)，形成镓铟砷横向光电晶体管(5)，与此同时制作结型场效应晶体管的栅电极Pn结(7)，然后在其两边制作欧姆接触的源电极(8)和漏电极(9)。其中所述的P型欧姆接触(4)，电极为对称的交错指状，加偏置后即可接收光信号，两电极可以互换，光电流随电压而增加。镓铟砷横向光电晶体管(5)与普通的光电晶体管的区别在于，发射极和集电极在半导体的同一表面横向排列，基极自然悬浮。单独用作光电探测器时，扩散深度不需严格控制，基至可以穿透外延层。由于电容小，可以作高速率接收用。电极距离减小，可以在低电压下工作。所述的结型场效应晶体管(6)，其中的栅电极(7)与横向光电晶体管的P型层(3)同时制作，两边为源电极(8)和漏电极(9)。以上所述的集成技术的优点是外延层共用、工艺共容。