异质结光晶体管的研究与进展

回顾了异质结光晶体管(HPT)在近年来的重要进展,综合分析了HPT的工作原理以及影响其性能的主要参数。综述了不同材料制作的HPT的研究现状,得出了目前限制HPT发展的主要因素及当前应重点解决由于基区表面复合等效应导致的增益下降和由于结电容的充放电限制的响应带宽等问题的结论。

异质结光晶体管(HPT)的设计

随着数字技术的发展,光探测、光存储、光信息的检测和处理都要求有较高性能的探测器。异质结光晶体管(HPT)作为一种光电探测器件,拥有较多优点。在对比当前应用的各种光敏二极管和传统的光晶体管的基础上,提出了异质结光晶体管的设计思路及具体实现方法。

渐变耦合脊波导晶体管探测器光响应分析

为提高InP基光探测器的吸收效率和工作速度,设计了一种渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管探测器。采用有效折射率法和光束传播法,分析渐变耦合脊波导的光传输模式,优化后波导宽度和波导长度分别为2.6μm和250μm,可实现单模传输和高的光吸收效率.由于渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管光传输方向与载流子运动方向垂直,分别优化光敏晶体管的吸收效率和速度,器件输出光电流和特征频率均得到改善.渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度为33.83 A/W,饱和输出光电流为90 mA,最高特征频率达到87 GHz,其饱和输出电流和特征频率相比于台面单载流子传输异质结光敏晶体管分别提高了20%和24%.但渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管吸收体积大,获得饱和电流时的光功率也比较大,因此渐变耦合脊波导单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度略小于台面的单载流子传输异质结光敏晶体管的响应度.

RTD/HPT光控单-双稳转换逻辑单元

以光接收器件代替RTD MOBILE(RTD单-双稳转换逻辑单元)电路中的HEMT或HBT,可构成光控MOBILE电路。在比较了四种光控MOBILE结构的基础上,选择RTD/HPT光控结构,重点分析讨论了RTD/HPT光控MOBILE的工作原理,当光控MOBILE的输入光功率超过一个临界值时,MOBILE的输出电压便会从高电平跳变到低电平;由HPT光增益理论分析了提高HPT性能的措施以及HPT设计中应该注意的问题;介绍了以Si光三极管代替HPT,通过模拟实验,验证了RTD/HPT光控MOBILE的逻辑功能。

Si基长波长GeSiHPT探测器的研制

随着波分复用技术的发展，成本低廉，易与Si基微电子集成电路集成的长波长探测器越来越受到人们的重视。Si1-kGek/Si量子阱材料在1.3μm石英光纤波段有着明显的响应。但是由于SiGe材料间接带隙结构，吸收系数小，SiGe探测器的应用受到限制。由于（heterojunction phototransistor异质结光敏晶体管）HPT具有内部增益，SiGeHPT有望得到广泛应用。本文在国内首次报道了利用自己研制的UHV-CVD生长的SiGeHPT。在该结衍射和TEM进行表征，并且制作了原型器件，器件的光电流谱表明器件在5V偏压下在1.3μm波段响应度达1mA/W，光增益约为10。同时我们设计了SOR上面的RCEHPT，并进行光电响应模拟，模拟表明RCE HPT的量子效率可达8%，增加吸收区材料Ge组分到0.5，量子效率可提高到30%，半高度为1.5nm，适应光通讯的要求。

HPT型Ge量子点红外探测器

异质结光敏晶体管(HPT)是一种具有内部电流增益的光电探测器,且与异质结双极晶体管(HBT)的制作工艺完全兼容。利用超高真空化学气相淀积(UHV/CVD)方法在HBT晶体管的基区和集电区间加入多层Ge量子点材料作为光吸收区。TEM和DCXRD测试结果表明,生长的多层Ge量子点材料具有良好的晶体质量。为了提高HPT的发射极注入效率,采用高掺杂多晶硅作为发射极,并制作出两端HPT型Ge量子点探测器。室温条件下的测试结果表明,HPT型量子点探测器具有低的暗电流密度和高的反向击穿电压。-8 V偏压下,HPT型量子点探测器在1.31μm和1.55μm处的响应度分别为4.47mA/W和0.11 mA/W。与纵向PIN结构量子点探测器相比,HPT型量子点探测器在1.31μm和1.55μm处的响应度分别提高了104倍和78倍。