[发明专利]一种光电混频HEMT及其控制方法

说明书

本发明公开了一种光电混频HEMT，包括最下层的衬底，衬底上生长缓冲层，缓冲层上生长量子阱有源层；其中所述量子阱有源层从上到下依次包括：第一势垒层、第一隔离层、第一沟道层、光吸收层、第二沟道层、第二隔离层、第二势垒层；在所述量子阱有源层的外表面设置源极、漏极和栅极，栅极位于源极和漏极的中间，源极和漏极为欧姆接触。本发明有效缩短了空穴的运动距离，并且消除了光生电子‑空穴之间的库伦吸引的影响，同时也消除了空穴迁移率低的缺陷，从而可以大大提升光电混频HEMT的频率特性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种光电混频HEMT及其控制方法。

背景技术

HEMT(High Electron Mobility Transistor)，是一种异质结场效应晶体管，能够工作于超高频(毫米波)、超高速领域。光电混频HEMT可以用于通信系统中的基站中，光纤传输的光本振信号入射光电混频HEMT，与HEMT栅极加载的电信号进行光电混频，进而实现上变频或下变频，可将中频电信号上变频到毫米波或THz波进行无线传输，也可将毫米波下变频到中频。常规的光电混频HEMT中光生电子和空穴都参与导电，由于空穴的迁移率远小于电子，并且电子与空穴之间有库伦吸引(coulomb attraction)，因此也限制了器件的最大工作频率，目前光电混频HEMT的工作频率远小于1THz。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种有效消除电子-空穴之间库伦吸引和空穴迁移率低的缺陷，大大提升光电混频HEMT的频率特性的光电混频HEMT。

技术方案：为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种光电混频HEMT，包括最下层的衬底，衬底上生长缓冲层，缓冲层上生长量子阱有源层；其中所述量子阱有源层从上到下依次包括：第一势垒层、第一隔离层、第一沟道层、光吸收层、第二沟道层、第二隔离层、第二势垒层；所述第二沟道层的禁带宽度均大于第一沟道层和光吸收层的禁带宽度；在所述量子阱有源层的外表面设置源极、漏极和栅极，栅极位于源极和漏极的中间，源极和漏极为欧姆接触。

进一步，第一沟道层的禁带宽度大于或等于光吸收层的禁带宽度。这样可以利用第一沟道层也产生光生载流子，从而提高光响应度。

进一步，所述光吸收层是多层量子阱结构的光吸收层。这样可以提高光转换的量子效率，并且可以调节吸收波长。

进一步，所述光吸收层是掺杂渐变型。这样可以在光吸收层中形成自建电场，加速电子与空穴的分离。

进一步，第一势垒层和第二势垒层为δ掺杂型。

进一步，第一沟道层和第二沟道层均为耗尽型或均为增强型。

进一步，所述缓冲层和量子阱有源层两侧通过刻蚀的方法形成台面结构，且缓冲层和量子阱有源层位于衬底的中间，在衬底两端的上表面与缓冲层和量子阱有源层的两个侧面分别覆盖有“L”型的源极和漏极，且均为欧姆接触。这样能够有效解决常规的表面电极引起的内部电场弯曲问题，同时能够使电子快速通过导电沟道。

本发明还提供了一种用于上述光电混频HEMT的控制方法，在栅极(9)加正压和所需频率的电信号与入射到量子阱有源层的光信号进行混频，转化为所需频率的信号。

进一步，所述光信号由光电混频HEMT的上表面或下表面入射。

进一步，所述光信号是单波长光信号，所述单波长光信号是一个调制光信号；或者是含有多个光波长的光信号，其中每个光波长的幅度或相位都可以被调制；或者是用于混频的光脉冲和被调制的光信号的混合信号；或者是空间不同路径的光信号经过光器件合并为同一路径的光信号，其中每个路径的光信号的幅度或相位都可以被调制。比如光脉冲采样光信号。