一种集成光敏晶体管的制作方法

技术特征：
1.一种集成光敏晶体管，其特征在于，包括：半绝缘衬底(1)；所述半绝缘衬底(1)上设置有光波导，且所述光波导的末端设置有dbr反射镜(15)；所述光波导从上至下依次包括光波导上包层(11)、光波导芯层(3)和光波导下包层(10)，其中所述光波导下包层(10)由衬底材料刻蚀而成，且所述光波导下包层(10)和所述光波导芯层(3)的结构相同；所述光波导芯层(3)上还分别设置有光波导上包层(11)和两个金属薄膜集电极，所述光波导上包层(11)设置于中部区域，两个所述金属薄膜集电极分别设置于所述光波导上包层(11)尾部区域的两侧；所述光波导上包层(11)的宽度小于所述光波导芯层(3)的宽度，且紧邻所述光波导上包层(11)的两侧设置有亚集电层(4)，所述亚集电层(4)的上方从下至上依次设置有集电层(5)和基层(7)，其中所述集电层(5)和所述基层(7)的长度小于所述亚集电层(4)的长度；所述基层(7)上还分别设置有发射层(8)和两个金属薄膜基电极，两个所述金属薄膜基电极分别设置于所述发射层(8)的两侧；所述发射层的上方从下至上依次设置有发射区接触层(9)和金属薄膜发射电极(14)。2.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述光波导上包层(11)由有机聚合物固化后形成。3.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，还包括缓冲层(2)，所述缓冲层设置于所述半绝缘衬底(1)和所述光波导芯层(3)之间，所述缓冲层(2)厚度为0.05μm至0.3μm，所述缓冲层(2)至所述基层(7)之间的所有层所用材料的折射率实部呈递增的趋势，以便使光从光波导消逝到基层中进而被吸收，所有半导体材料的晶格均与所述半绝缘衬底(1)匹配。4.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述光波导芯层(3)的厚度为0.5μm至3.0μm，掺杂类型为施主型，掺杂浓度在5
×
10
18
个原子/cm3至2
×
10
19
个原子/cm3之间；所述亚集电层(4)的厚度为0.2μm至0.5μm，掺杂类型为施主型，掺杂浓度在1
×
10
18
个原子/cm3至3
×
10
18
个原子/cm3之间；所述光波导的光入射端在光入射方向上的几何形状为矩形或者锥形。5.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述集电层(5)的厚度为0.1μm至1μm，掺杂类型为施主型，掺杂浓度从靠近亚集电层(4)一端1
×
10
17
个原子/cm3至2
×
10
17
个原子/cm3线性渐变到靠近间隔层(6)一端1
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10
14
个原子/cm3至1
×
10
15
个原子/cm3；所述基层(7)和所述集电层(5)之间还设置有间隔层(6)，所述间隔层(6)采用与所述半绝缘衬底(1)晶格匹配的组分带隙线性或梯度渐变材料，相应的禁带宽度由等于所述收集层(5)线性或梯度渐变为等于所述基层(7)，厚度为0.03μm至0.05μm，其中靠近收集层一端0.01μm至0.015μm厚范围内掺入浓度为1.5
×
10
18
个原子/cm3的施主型杂质，靠近基层0.02μm至0.035μm厚范围内掺入施主型杂质的浓度不高于5
×
10
15
个原子/cm3。6.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述基层(7)对应的材料禁带宽度小于被探测光子能量，厚度为0.02μm至0.2μm，掺杂类型为受主型，掺杂浓度在1
×
10
18
个原子/cm3至1
×
10
19
个原子/cm3之间；所述发射层(8)厚度为0.1μm至1μm，掺杂类型为施主型，掺杂浓度从靠近所述基层(7)
一端为1
×
10
16
个原子/cm3至5
×
10
17
个原子/cm3线性渐变到靠近发射区接触层(8)一端为1
×
10
19
个原子/cm3至3
×
10
19
个原子/cm3；发射区接触层(9)的厚度为0.02μm至0.06μm，掺杂类型为施主型，掺杂浓度大于等于3
×
10
19
个原子/cm3。7.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述金属薄膜集电极的厚度小于集电区厚度，与集电区的间距大于0.08μm；所述金属薄膜基电极的厚度小于发射区厚度，与发射区的间距大于0.05μm；所述金属薄膜发射电极(14)的厚度大于0.5μm；其中亚集电层(4)和集电层(5)构成集电区，发射层(8)和发射区接触层(9)构成发射区。8.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述光波导下包层(10)的厚度为2μm至4μm，所述光波导上包层(11)的厚度为1μm至3μm。9.根据权利要求1所述的一种集成光敏晶体管，其特征在于，所述dbr反射镜(15)由光刻、蚀刻、有机聚合物旋涂和固化等工艺制备而成，从而实现单片集成；构成所述dbr反射镜(15)的半导体在入射光方向上的厚度等于nλ/(4n1)，其中n取正奇数，λ为被探测光波长，n1为光波导芯层的折射率实部；构成所述dbr反射镜(15)的固化的有机聚合物在入射光方向上的厚度等于lλ/(4n2)，其中l取正奇数，λ为被探测光波长，n2为固化的有机聚合物的折射率实部；所述dbr反射镜(15)所含半导体/有机聚合物绝缘体对数由所要达到的光反射率确定。

技术总结
本发明公开了一种集成光敏晶体管，该结构将光电三极管、光波导、DBR反射镜单片集成在半绝缘衬底上。本发明中的光波导具有由衬底材料构成的下包层及由有机聚合物固化后形成的上包层，在光波导的末端存在由半导体和有机聚合物绝缘体构成的DBR反射镜，从而提高光敏晶体管的量子效率，缓解光敏晶体管带宽和量子效率相互制约的基础科学问题。相互制约的基础科学问题。相互制约的基础科学问题。


技术研发人员：刘涛
受保护的技术使用者：曲靖师范学院
技术研发日：2021.07.08
技术公布日：2021/10/18