一種藍(lán)紫光范圍的異質(zhì)結(jié)光晶體管的制作方法

一種藍(lán)紫光范圍的異質(zhì)結(jié)光晶體管的制作方法專利名稱:一種藍(lán)紫光范圍的異質(zhì)結(jié)光晶體管的制作方法本實(shí)用新型涉及到一種異質(zhì)結(jié)光晶體管，它特別適用于蘭紫光范圍的光檢測。一般異質(zhì)結(jié)光晶體管基本上由三層構(gòu)成發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。發(fā)射結(jié)為異質(zhì)結(jié)，集電結(jié)可以是同質(zhì)結(jié)，亦可以是異質(zhì)結(jié)。入射光從發(fā)射區(qū)光敏面注入，由于發(fā)射區(qū)和基區(qū)材料本征吸收的限制，只有當(dāng)入射光的光子能量小于發(fā)射區(qū)材料的能隙而大于基區(qū)材料的能隙時，才能被基區(qū)材料吸收，形成注入基區(qū)的光電流，從而得到被放大了的光生電流。這就是異質(zhì)結(jié)光晶體管的光譜響應(yīng)特性上的窗口效應(yīng)，也正是由于窗口效應(yīng)使得短波長范圍的光譜響應(yīng)受到限制。對于GaAs／GaAlAs異質(zhì)結(jié)光晶體管來說其光譜范圍通常在6000～9000內(nèi)，這已為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知。1982年日本沖電氣公司制出了一種具有發(fā)光、受光及放大功能的異質(zhì)結(jié)光晶體管，該管的材料是GaAs／Ga0.7Al0.3As，采用液相外延方法制成。發(fā)射結(jié)為異質(zhì)結(jié)、集電結(jié)為同質(zhì)結(jié)，在發(fā)射區(qū)到基區(qū)之間有一組份漸變層Ga1－xAlxAs，X從0～0.3。采用腐蝕的方法將電極處以外的發(fā)射區(qū)材料包括組份漸變層和部分基區(qū)材料腐蝕掉，使光入射到器件上時，不經(jīng)過發(fā)射區(qū)材料而直接照射到基區(qū)材料上被吸收，因而在短波長方向較寬范圍內(nèi)也具有一定的光響應(yīng)，其光譜范圍在4000～9500(“多功能光器件的開發(fā)一具有發(fā)光、受光、電流增益三種功能”(“多機(jī)能光デバイス一單一素子光、受光、電流增幅機(jī)能”)1982年日本“電子通信學(xué)會會志”第65卷第8期第901頁。)其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖1所示。由基極①、發(fā)射極②、頂層③、發(fā)射區(qū)④、基區(qū)⑤、集電區(qū)⑥、襯底⑦和集電極⑧構(gòu)成。其光譜響應(yīng)特性曲線如附圖2所示。這種異質(zhì)結(jié)光晶體管的優(yōu)點(diǎn)是在短波長較寬范圍內(nèi)有一定的光響應(yīng)度，并且集發(fā)光、受光和電流放大三種功能于一個器件之中，便于大規(guī)模的光電集成。但它仍有不足之處1、由于基區(qū)材料在靠近表面處對短波長范圍的入射光吸收多，因而載流子的表面復(fù)合造成短波長范圍光響應(yīng)低；2、由于腐蝕要進(jìn)入基區(qū)，故基區(qū)要做得較厚，因而影響了該器件的增益；3、腐蝕工藝要求嚴(yán)格，需要根據(jù)各層厚度準(zhǔn)確掌握腐蝕的速率和腐蝕時間，因而工藝難度大。本實(shí)用新型的目的是改進(jìn)CaAs／GaAlAs異質(zhì)結(jié)光晶體管的結(jié)構(gòu)，以提高其在蘭紫光范圍內(nèi)的光響應(yīng)度，并且簡化制做工藝。本實(shí)用新型的發(fā)射結(jié)為GaAs／GaAlAs異質(zhì)結(jié)，在基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間有一由GaAs到GaAlAs的組份漸變層，光敏面處的發(fā)射區(qū)材料全部被腐蝕掉，而保留部分以至全部組份漸變層Ga1－xAlxAs，X為0～0.5，其厚度為200～800，光敏面處組份漸變層的X為0.3～0.5。這一組份漸變層不宜太厚，否則會使得短波長的光生載流子不能有效地進(jìn)入結(jié)區(qū)形成光生電流，從而降低其光響應(yīng)度。本實(shí)用新型的腐蝕方法是采用對發(fā)射區(qū)材料腐蝕對部分或全部組份漸變層和基區(qū)材料不腐蝕的選擇性腐蝕液進(jìn)行腐蝕。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)，其一是光譜響應(yīng)范圍寬，蘭紫光范圍光響應(yīng)度高，其響應(yīng)峰值移至5500以下，在4000時仍有約為30％的相對響應(yīng)度，絕對響應(yīng)≥70μA／μW。其二是工藝簡單、制做方便。本實(shí)用新型可廣泛用于紡織、印刷的自動測色、醫(yī)療上的紫外輻射、化學(xué)上的色度對比、激光功率監(jiān)控以及特定的光通訊等技術(shù)領(lǐng)域：。實(shí)施例蘭紫光范圍的異質(zhì)結(jié)光晶體管，發(fā)射結(jié)為異質(zhì)結(jié)，集電結(jié)為同質(zhì)結(jié)，在基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間的組份漸變層Ga1－xAlxAsX是從0～0.45，其厚度為300～500，光敏面處的組份漸變層為Ga1－xAlxAsX＝0.4。其結(jié)構(gòu)示意圖如附圖3所示光敏面處的組份漸變層⑨、發(fā)射極⑩、頂層(11)、發(fā)射區(qū)(12)、組份漸變層(13)、基區(qū)(14)、集電區(qū)(15)、襯底(16)、集電極(17)。本實(shí)用新型的組份漸變層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屬有機(jī)物氣相沉積方法制成)。其腐蝕工藝是首先采用氨水雙氧水水＝1316的腐蝕液將頂層光敏面處的GaAs材料全部腐蝕掉(一般需2～3分鐘)，再用氫氟酸水＝11的選擇性腐蝕液(或者采用沸鹽酸)對Ga1－xAlxAs進(jìn)行腐蝕，此種腐蝕液對Ga1－xAlxAs在X＞0.4時腐蝕性極強(qiáng)，而當(dāng)X≤0.4時幾乎無腐蝕作用，所以采用此腐蝕液能對光敏面處的發(fā)射區(qū)材料和部分組份漸變層進(jìn)行腐蝕并能自行停止于組份漸變層的X＝0.4處。附圖4是本實(shí)施例的光譜響應(yīng)特性曲線。采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的GaAs／GaAlas異質(zhì)結(jié)光晶體管(腐蝕掉光敏面處的發(fā)射區(qū)材料而保留組份漸變層)，在短波長方向可擴(kuò)展到蘭紫光范圍的情況下，仍能保持其原有的光響應(yīng)度，一般＞103μA／μW，比目前用于蘭紫光范圍光檢測的硅光敏三極管的光響應(yīng)度高1～2個量級。采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的其它材料的異質(zhì)結(jié)光晶體管均能保持未腐蝕前的光譜響應(yīng)窗口內(nèi)的響應(yīng)度基本不變，并能在短波長方向擴(kuò)展其光譜響應(yīng)。InP／InGaAs異質(zhì)結(jié)光晶體管采用本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)，其光譜響應(yīng)可覆蓋0.85μ、1.3μ和1.55μ三個光通訊窗口，因而適用范圍廣泛，通用性強(qiáng)。附圖1日本沖電氣公司制做的具有發(fā)光、受光及放大功能的異質(zhì)結(jié)光晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖1基極2發(fā)射極3頂層n＋－GaAs4發(fā)射區(qū)N－Ga0.7Al0.3As5基區(qū)P－GaAs6集電區(qū)n－GaAs7襯底n＋－GaAs8集電極附圖2日本沖電氣公司制做的具有發(fā)光、受光及放大功能的異質(zhì)結(jié)光晶體管的光譜響應(yīng)特性曲線附圖3蘭紫光范圍GaAs／GaAlAs異質(zhì)結(jié)光晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖9光敏面處的組份漸變層Ga1－xAlxAsX＝0.410發(fā)射極11頂層n＋－GaAs12發(fā)射區(qū)N－Ga1－xAlxAsx＝0.4513組份漸變層Ga1－xAlxAsx為0～0.4514基區(qū)P－GaAs15集電區(qū)n－GaAs16襯底n＋－GaAs17集電極附圖4蘭紫光范圍GaAs／GaAlAs異質(zhì)結(jié)光晶體管的光譜響應(yīng)特性曲線權(quán)利要求1.一種GaAs/GaAlAs異質(zhì)結(jié)光晶體管，在基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間有一由GaAs到GaAlAs的組份漸變層，其特征在于光敏面處的發(fā)射區(qū)材料全部被腐蝕掉，而保留部分以至全部組份漸變層，組份漸變層Ga1-XAlXAsX為0～0.5，其厚度為200～800，光敏面處組份漸變層的X為0.3～0.5。專利摘要本實(shí)用新型涉及到一