什么是光晶体三极管?

什么是光晶体三极管?

[拼音]：guangjingti sanjiguan

[外文]：phototransistor

由双极型晶体管或场效应晶体管等三端器件构成的光电器件。光在这类器件的有源区内被吸收，产生光生载流子，通过内部电放大机构，产生光电流增益。光晶体三极管三端工作，故容易实现电控或电同步。光晶体三极管可分为两类：双极型光晶体管、场效应光晶体管及其相关器件。

双极型光晶体管

双极型光晶体管从结构上分为同质型和异质型两种。图为异质结光晶体管能带图。光在基区-收集区吸收，产生的空穴（多子）在基区积累，使发射结注入更多电子以保持电中性而产生增益。与同质结型相比有以下优点：

（1）采用宽带发射区作为光学窗口大大提高量子效率。

（2）采用宽带发射区提高注入效率，大大增加放大倍数β。对于短波长（短于0.9微米），常用GaAs-GaAlAs系统，对于长波长（长于1.1微米），则采用 InP-InGaAsP系统。对于后者，也可采用背面光照。这些系统基区均采用直接能隙半导体，光吸收率很高，故可做得较薄，大大缩短了基区渡越时间。

双极型光晶体管通常增益很高，但速度不太快，对于GaAs-GaAlAs，β可大于1000，响应时间大于纳秒（视增益大小不一）。其增益带宽积GB在小电流弱光照时受发射极和收集极充电时间常数限制；而在大电流或强光照时则基本上由基区渡越时间和收集极渡越时间决定。一般


，fT为晶体管截止频率。当采用基区引线产生适当偏流时，可显著降低发射极充电时间常数，并为基区积累的光生载流子提供通路，减小基区等效寿命而缩短响应时间。GaAs-GaAlAs光晶体管响应时间为250皮秒或更短。

异质结光晶体管噪声决定于工作电流，小电流时噪声较低。但小电流工作时发射极时间常数增大，且空间电荷区复合流占主导成分，也造成增益降低（β正比于，I1-1/ne，n≈2）。为减小空间电荷区复合流，可用分子束外延生长法在靠发射结一端生长约300埃的宽带基区，并构成基区空间电荷区一部分，这就是“双基区”结构。

异质结光晶体管用于光探测器，其性能不劣于PIN光电二极管和场效应复合系统，另外也可用于光放大。

光场效应晶体管及其相关光电器件

GaAs MESFET可用作极高速光探测器(GaAs op FET)，其响应时间为50皮秒或更短，增益可大于10（与工作条件有关）。它的缺点是光敏面积小。GaAs op FET及其相关的N沟光电器件的光增益机构有：

（1）光异体机构，增益等于电子速度与空穴速度之比；

（2）转移电子效应机构，其增益来自光生载流子在负迁移率区的空间电荷放大作用。与此相关还有许多其他平面型光电器件，其特点均是速度快（响应时间几十皮秒）、适于集成。这类器件可望在光电集成中得到应用。