TWI674676B - 高散熱性的上集極式異質接面光電晶體 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，包含一基板、一設於該基板的射極單元、一設於該射極單元的基極單元、一設於該基極單元的集極單元，及一設於該集極單元的電極單元，其中，該集極單元包括至少一集極，該至少一集極具有一第一集極層、一厚度小於該第一集極層的第二集極層，及一厚度小於該第一集極層的第三集極層，且該第二集極層的摻雜濃度大於該第一集極層及該第三集極層。藉由該至少一集極為由不同厚度及摻雜濃度的集極層構成，可有效降低熱阻，使該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體有較佳的熱穩定性及可靠度。

Description

高散熱性的上集極式異質接面光電晶體
本發明是有關於一種光電晶體，特別是指一種具有散熱結構的光電晶體。
隨著地球人口越來越多，糧食危機的問題日益嚴重，植物工廠的發展逐漸受到重視，為了有效控制植物生長以達成計畫性生產的目的，需嚴格控制植物工廠的溫度、濕度、氣流，及光照，其中，光照的影響更是決定植物生產品質的一大因素，因此光電成本佔了植物工廠營運成本中的一大部分，近年來由於發光二極體的發展，低耗電的特性使得發光二極體成為控制植物生長的重要設備，而如何有效調控發光二極體的照明，以達成省電節能的目的也成為了各國發展節能科技的一大目標。
異質接面電晶體除了可用於一般的通訊元件外，還可用於光感測元件，而成為一異質接面光電晶體，相較於一般異質接面電晶體是於基極輸入電流以提供載子，異質接面光電晶體則是利用光照射於基極以激發出載子而產生電訊號，因此利用異質接面光電晶體的光電轉換特性，應用於植物工廠的照明系統中可有效調控發光二極體而達到節能省電的目的。然而，隨著植物工廠生產密集化，照明設備的尺寸也日趨微小化且操作電流也越來越高，導致異質接面光電晶體操作溫度逐漸提高，造成了穩定性及可靠度下降的問題。
因此，本發明之目的，即在提供一種高散熱性的上集極式異質接面光電晶體。
於是，本發明高散熱性的上集極式異質接面光電晶體包含一基板、一射極單元、一基極單元、一集極單元，及一電極單元。
該基板由III-V族的半導體材料構成。
該射極單元由III-V族的半導體材料構成並具有第一型摻雜，包括至少一設於該基板的射極。
該基極單元由III-V族的半導體材料構成並具有第二型摻雜，且該第二型摻雜與該第一型摻雜極性相反，包括至少一設於該射極遠離該基板的表面的基極。
該集極單元的材料選自砷化鎵並具有第一型摻雜，包括至少一集極，該集極具有一設於該基極遠離該射極的表面的第一集極層、一設於該第一集極層遠離該基極的表面且厚度小於該第一集極層的第二集極層，及一設於該第二集極層遠離該第一集極層的表面且厚度小於該第一集極層的第三集極層，且該第二集極層的摻雜濃度大於該第一集極層及該第三集極層。
該電極單元包括至少一設於該第三集極層遠離該基板的表面的電極。
本發明之功效在於：藉由該集極由不同厚度及不同摻雜濃度的集極層構成，相較於習知單層結構的集極，能有效降低該集極單元與該基極單元接面間的熱阻，使該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體即使在高操作電流的狀況及有限的操作區間，仍展現出良好的熱穩定性及可靠度。
參閱圖1，本發明高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的一實施例包含一基板2、一射極單元3、一基極單元4、一集極單元5，及一電極單元6。
該基板2由半絕緣的III-V族半導體材料構成，於本實施例中，該基板2的材料為砷化鎵。
該射極單元3由III-V族的半導體材料構成，並具有第一型摻雜，包括複數間隔設於該基板2的射極31。
詳細地說，每一個射極31具有一設置於該基板2的表面的主射極層311，及一設置於該主射極層311遠離該基板2的表面的次射極層312。其中，該等主射極層311選自與該基板2相同的III-V族的半導體材料並具有第一型摻雜，該等次射極層312的構成材料則選自磷化銦鎵(In 0.5Ga 0.5P)，相較於該主射極層311可有較高的化學濕蝕刻選擇性，而能提高該實施例的製程良率。
於一些實施例中，該等射極31也可僅具有該等主射極層311，而不需同時具有該等次射極層312。
該基極單元4由III-V族的半導體材料構成並具有第二型摻雜，且於接受光源照射後能激發出載子。其中，該第二型摻雜與該第一型摻雜的極性相反，也就是說，當該第一型摻雜為N型摻雜，該第二型摻雜即為P型摻雜，反之，該第一型摻雜為P型摻雜，該第二型摻雜即為N型摻雜。
具體的說，該基極單元4包括複數對應設於該等射極31反向該基板2的表面的基極41。
該集極單元5設於該基極單元4遠離該射極單元3的部分表面，選自與該基板2相同的半導體材料並具有第一型摻雜。包括複數對應設於該等基極41遠離該等射極31的表面的集極51，每一個集極51具有一第一集極層511、一設於該第一集極層511遠離該基極41的表面的第二集極層512，及一設於該第二集極層512遠離該第一集極層511的表面的第三集極層513。
詳細地說，該等集極層的厚度由小至大依序為該等第二集極層512、該等第三集極層513，及該等第一集極層511，且該等第一集極層511及該等第三集極層513的摻雜濃度小於該等第二集極層512。要說明的是，於一些實施例中，該等第二集極層512的摻雜濃度至少為該等第一集極層511及該等第三集極層513的十倍。
要再說明的是，該等第一集極層511的厚度範圍為250至400奈米，該等第二集極層512的厚度範圍為30至50奈米，該等第三集極層513的厚度範圍為200至270奈米，且該等第一集極層511與該等第三集極層513的厚度差不大於50奈米。
於一些實施例中，當該等第一型摻雜為N型摻雜，即該等集極51為N型摻雜的砷化鎵時，該等第一集極層511的厚度範圍為350至400奈米，該等第二集極層512的厚度範圍為30至50奈米，該等第三集極層513的厚度範圍為220至270奈米。
於一些實施例中，當該等第一型摻雜為P型時，即該等集極為P型摻雜的砷化鎵時，該等第一集極層511的厚度範圍為250至300奈米，該等第二集極層512的厚度範圍為30至50奈米，該等第三集極層513的厚度範圍為200至250奈米。
該電極單元6包括複數對應設於該等第三集極層513遠離該基板2的表面且彼此成一指根距離(Finger pitch)D間隔設置的電極61，用以將集極電流導出。
於一些實施例中，該指根距離D介於10~40微米，據此，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體具有較低的熱阻，而有良好的熱穩定性及可靠度。
當該實施例作為一光感測元件使用時，是於該基極單元4接受光源照射後激發出載子而產生光電流，並使該光電流(電訊號)流經該集極單元5而產生電流增益及功率放大的效果。要說明的是，當該實施例應用於植物工廠的照明系統中時，可藉由一控制電路接收該實施例感測光源後產生的該電訊號，並調整該光源的亮度，進而達成節能省電的功效。
為了更清楚說明，茲以下述具體例說明本發明高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的相關特性。
具體例1
該具體例1的各元件結構與該實施例相同，其中，該具體例1中該等電極61沿該指根距離D方向的寬度為2微米，且該指根距離D為40微米。茲將該具體例1的各元件材料、膜厚、摻雜形式及摻雜濃度整理如表1所示。
表1
元件 材料 膜厚 (奈米) 摻雜形式 摻雜濃度 (每立方公分)
第三集極層 砷化鎵 270 N型 2×1016
第二集極層 砷化鎵 30 N型 5×1017
第一集極層 砷化鎵 400 N型 2×1016
基極 砷化銦鎵 (InxGaxAs，x為0至0.1) 70 P型 3×1019
次射極層 磷化銦鎵 (In0.5Ga0.5P) 30 N型 5×1017
主射極層 砷化鎵 600 N型 5×1018
基板 砷化鎵 - - -
參閱圖2及圖3，圖2及圖3為利用軟體Agilent Model模擬所得的電流/電壓示意圖，其中，圖2是集極電流/集極-基極電壓的模擬示意圖，模擬時集極-基極設定電壓為1.2至1.5伏特，模擬所得的集極電流為1至50毫安培，圖3是集極電流/集極-射極電壓模擬示意圖，模擬時集極-射極設定電壓為0至10伏特，模擬所得的集極電流為1至80毫安培，曲線I、II分別代表該具體例1與習知射極在上的異質接面光電晶體，曲線I、II上的․代表馳返點(regression point)。由圖2及圖3可知，藉由三層不同厚度及摻雜濃度的集極層確實可降低該集極單元5的熱阻而有較高的熱穩定性，使該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體能承受較大的電壓並有較高的可靠度。
具體例2~4
該具體例2~4的各元件相關結構、材料等與該具體例1大致相同，不同處在於該具體例2~4的指根距離D分別為10微米、20微米，及30微米。
參閱圖4，圖4是該具體例1~4的熱阻率(ρ)對指根距離D的關係圖，其中，實心圓點表示實際實驗值，虛線則為理論計算值。由圖4可知，該指根距離D小於30微米時，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的熱阻率(ρ)會隨該指根距離D縮小而提高，且該具體例2的熱阻與該具體例1相同，即該指根距離D為30微米時，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的熱阻達一最佳值，顯示多層結構的該集極單元5還可使該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的整體元件尺寸大幅縮小。 ρ=R th/R’ R’：該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的指根距離D為40微米時的熱阻值 R th：該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體於不同的該指根距離D時的熱阻值
要說明的是，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體相較於習知射極在上的異質接面電晶體，除了有較低的熱阻及元件尺寸較小的優點外，多層結構的該集極單元5及上集極式的設計還可有效降低該集極單元5與該基極單元4間的電容，及該射極單元3與該基極單元4間的電容，進一步提高該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的熱穩定程度，而有更好的性能表現。
於一些實施例中，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體亦可於該基極單元4輸入電流以激發載子，而可作為異質接面電晶體使用，使本發明該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的用途更加廣泛。
要說明的是，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體中的該等射極31、該等基極41、該等集極51，及該等電極61的數量也可為一個，該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體依然具有低熱阻而有良好的熱穩定性。
綜上所述，本發明高散熱性的上集極式異質接面光電晶體藉由該集極單元5是由不同厚度及摻雜濃度的集極層構成，能降低該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的熱阻，進而提高熱穩定性及可靠度，故確實可達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧基板
3‧‧‧射極單元
31‧‧‧射極
311‧‧‧主射極層
312‧‧‧次射極層
4‧‧‧基極單元
41‧‧‧基極
5‧‧‧集極單元
51‧‧‧集極
511‧‧‧第一集極層
512‧‧‧第二集極層
513‧‧‧第三集極層
6‧‧‧電極單元
61‧‧‧電極
D‧‧‧指根距離
I‧‧‧具體例1
II‧‧‧習知射極在上的異質接面光電晶體
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一示意圖，說明本發明高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的一實施例； 圖2是一集極電流對基極-射極電壓模擬示意圖，說明該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體與一習知的異質接面電晶體的集極電流變化； 圖3是一集極電流對集極-射極電壓模擬示意圖，說明該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體與該習知的異質接面電晶體的集極電流變化；及 圖4是一熱阻率對指根距離關係圖，說明該高散熱性的上集極式異質接面光電晶體的熱阻率變化。

Claims (9)

  1. 一種高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，包含：一基板，由III-V族的半導體材料構成；一射極單元，由III-V族的半導體材料構成並具有第一型摻雜，包括至少一設於該基板的射極；一基極單元，由III-V族的半導體材料構成並具有第二型摻雜，且該第二型摻雜與該第一型摻雜為相反極性，包括至少一設於該射極遠離該基板的表面的基極；一集極單元，材料選自砷化鎵並具有第一型摻雜，包括至少一集極，該至少一集極具有一設於該基極遠離該射極的表面的第一集極層、一設於該第一集極層遠離該基極的表面且厚度小於該第一集極層的第二集極層，及一設於該第二集極層遠離該第一集極層的表面且厚度小於該第一集極層的第三集極層，該第二集極層的摻雜濃度大於該第一集極層及該第三集極層，且該第二集極層的摻雜濃度至少為該第一集極層與該第三集極層的摻雜濃度的十倍；及一電極單元，包括至少一設於該第三集極層遠離該基板的表面的電極。
  2. 如請求項1所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該第一集極層與該第三集極層的厚度差不大於50奈米。
  3. 如請求項1所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該第一型摻雜為n型摻雜或p型摻雜的其中一 種，該第二型摻雜為n型摻雜或p型摻雜的其中另一種。
  4. 如請求項3所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該第一集極層的厚度範圍介於250至400奈米，該第二集極層的厚度範圍介於30至50奈米，該第三集極層的厚度範圍介於200至270奈米。
  5. 如請求項4所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該第一型摻雜為n型時，該第一集極層的厚度範圍介於350至400奈米，該第二集極層的厚度範圍介於30至50奈米，該第三集極層的厚度範圍介於220至270奈米。
  6. 如請求項4所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該第一型摻雜型態為p型時，該第一集極層的厚度範圍介於250至300奈米，該第二集極層的厚度範圍介於30至50奈米，該第三集極層的厚度範圍介於200至250奈米。
  7. 如請求項1所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該射極單元包括複數彼此間隔設置的射極，該基極單元包括複數對應設於該等射極的基極，該集極單元包括複數對應設於該等基極的集極，該電極單元包括複數對應設於該等集極的電極，該等電極成一間距間隔設置，且該間距介於10~40微米。
  8. 如請求項1所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該基板由砷化鎵為材料構成，該至少一射極具有一由砷化鎵構成的主射極層，該基極單元的材料選自砷 化銦鎵。
  9. 如請求項8所述的高散熱性的上集極式異質接面光電晶體，其中，該至少一射極還具有一由磷化銦鎵構成的次射極層。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4573064A (en) * 1981-11-02 1986-02-25 Texas Instruments Incorporated GaAs/GaAlAs Heterojunction bipolar integrated circuit devices
CN102820368A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 中山大学 三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4573064A (en) * 1981-11-02 1986-02-25 Texas Instruments Incorporated GaAs/GaAlAs Heterojunction bipolar integrated circuit devices
CN102820368A (zh) * 2012-08-30 2012-12-12 中山大学 三族氮化物基光电晶体管探测器件及其制作方法

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