一種磷化銦基雙異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延層結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(D皿T)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及npn型InGaAs/ InP D皿T技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 憐化銅基雙異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管（InP D皿T)能夠同時具有較高的擊穿電壓和特 征頻率，在高頻、寬帶W及光電集成電路領(lǐng)域里占有顯著地位，在雷達、航天衛(wèi)星、導彈制 導、通信系統(tǒng)、空間防御、高速智能化武器及電子對抗等領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003] InP DHBT主要包括I型InGaAs/InP和II型GaAsSb/InP兩種技術(shù)，其中InGaAs/InP 結(jié)構(gòu)的InP D皿T目前主要存在W下缺點：
[0004] 1)由于基區(qū)InGaAs和集電區(qū)InP界面處由于能帶不連續(xù)而存在導帶尖峰，導帶尖 峰會阻礙電子由發(fā)射區(qū)到集電區(qū)的輸運，使電子的渡越時間增長，產(chǎn)生電流阻塞效應(yīng)，導致 器件頻率降低；
[000引2)InP DHBT的基區(qū)材料一般采用InGaAs滲C，C的擴散系數(shù)很小，能夠精確地控制 PN結(jié)的位置，但是C在InGaAs中屬于兩性滲雜元素，其既能提供電子，又能提供空穴，所W InP D皿T的基區(qū)InGaAs滲C很難得到高空穴濃度，會嚴重影響晶體管的性能，導致基區(qū)的串 聯(lián)電阻增大，使器件的頻率降低；
[0006] 3)基區(qū)厚度太大會導致電子在基區(qū)的復合變大，電子在基區(qū)的渡越時間變長，導 致器件的直流增益和頻率降低。
[0007] 因此，為了獲得更高頻率性能的InP D皿T，有必要對上述技術(shù)問題做進一步研究 改進。 【實用新型內(nèi)容】
[0008] 本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種憐化銅基雙異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延 層結(jié)構(gòu)，能夠有效消除異質(zhì)結(jié)界面處的導帶尖峰，制成的晶體管具有更高的頻率性能，具有 結(jié)構(gòu)簡單、制備難度低的優(yōu)點。
[0009] 為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種憐化銅基雙異質(zhì)結(jié) 雙極型晶體管外延層結(jié)構(gòu)，自憐化銅襯底向上依次包括輕滲雜的N型憐化銅集電區(qū)層、能帶 漸變層、重滲雜的P型銅嫁神基區(qū)層和N型憐化銅發(fā)射區(qū)層，所述能帶漸變層為四層，其中能 帶漸變層一至S為組分比例不同的N型InGaAsP材料，能帶漸變層四為非滲的InGa〇.47As材 料，能帶漸變層一、能帶漸變層二和能帶漸變層=的厚度均為20-40nm，能帶漸變層四的厚 度為30-50nm。所述能帶漸變層位于集電區(qū)層和基區(qū)層的結(jié)構(gòu)如下表所示。
[0010]
[0011]所述集電區(qū)層的厚度為150-250nm，所述發(fā)射區(qū)層厚度為30-50nm。
[001引進一步地，所述基區(qū)層由多層構(gòu)成，總厚度為20nm-40nm，所述基區(qū)層內(nèi)各層為組 分比例不同的InGaAs材料，各層InGaAs材料自能帶漸變層一側(cè)向發(fā)射區(qū)層組分漸變，由 Ino.4日Gao.日日As漸變?yōu)镮no.日日Gao.4日As?；鶇^(qū)層InGaAs中滲雜碳，其滲雜濃度為沈19-5E19。
[0013] 進一步地，所述集電區(qū)層與襯底之間設(shè)有次集電區(qū)層，所述次集電區(qū)層為滲雜Si 的N型InGaAs材料，厚度為300nm-500nm，滲雜濃度為祀18-2E19cnr3。
[0014] 進一步地，發(fā)射區(qū)層的上方依次設(shè)有發(fā)射區(qū)接觸層和表面電極接觸層;所述發(fā)射 區(qū)接觸層為滲雜Si的N型InP材料，其厚度為100皿-200皿，滲雜濃度為祀18-2E19cm- 3;所述 表面電極接觸層為滲雜Si的N型InGaAs材料，其厚度為50nm-150nm，滲雜濃度為5E18- 沈 19cm_3。
[0015] 所述襯底為半絕緣型InP材料，其厚度為620um。
[0016] 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本實用新型采用四層結(jié)構(gòu)的能帶漸變 層，能夠消除基區(qū)和集電區(qū)界面的導帶尖峰，減小對電子運動的阻礙，提高器件頻率。本實 用新型能帶漸變層層數(shù)和層的厚度適中，適用于MOCVD生長，生產(chǎn)難度低，質(zhì)量容易控制。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型外延層結(jié)構(gòu)實施例的示意圖；
[0018] 圖2為本實用新型外延層結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管實施例的測試I-V特性曲線；
[0019] 圖3、圖4為本實用新型外延層結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管實施例的高頻特性曲線。
[0020] 其中，1、襯底;2、次集電區(qū)層;3、集電區(qū)層;4、能帶漸變層一;5、能帶漸變層二;6、 能帶漸變層=;7、能帶漸變層四；8、基區(qū)層;9、發(fā)射區(qū)層；10、發(fā)射區(qū)接觸層；11、表面電極接 觸層。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[002引實施例
[0023] -種憐化銅基雙異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延層結(jié)構(gòu)，見圖1，襯底1為（100)晶面的半 絕緣型InP材料，厚度為620um，在晶體管結(jié)構(gòu)中用于隔離器件，防止器件之間發(fā)生短路效 應(yīng)，自襯底1向上依次設(shè)有輕滲雜的N型憐化銅集電區(qū)層3、能帶漸變層、重滲雜的P型銅嫁神 基區(qū)層8和N型憐化銅發(fā)射區(qū)層9,各層結(jié)構(gòu)見下表。
[0024]
[002引次集電區(qū)層2為集電區(qū)電極接觸層，制作在襯底I上，次集電區(qū)層2為滲雜Si的N型 InGaAs,厚度為0.3-0.5um，滲雜濃度為祀18-2E19cnf3。高滲雜有利于實現(xiàn)良好的歐姆接觸， 減小串聯(lián)電阻。
[0026] 集電區(qū)層3為非滲的InP材料，目的是收集由發(fā)射區(qū)傳來的電子；內(nèi)部存在電場，使 電子加速;減小電容。InP材料代替了傳統(tǒng)的InGaAs材料，提高了器件的擊穿電壓。
[0027] 能帶漸變層采用四層結(jié)構(gòu)，其中能帶漸變層一4、能帶漸變層二5、能帶漸變層=6 為N型In(I-X)GaxAsyP(I-Y)材料，從集電區(qū)層3向基區(qū)層8,其各層之間的組分漸變，能帶漸變層 四7為非滲的InGaxAs材料，各層具有不同的帶隙寬度，起到導帶平滑作用，消除基區(qū)和集電 區(qū)界面的導帶尖峰，減小對電子運動的阻礙，提高器件頻率。
[0028] 基區(qū)層SInGaAs中滲雜碳，其滲雜濃度為沈19-5E19,為在基區(qū)層8得到高空穴濃 度，基區(qū)層8由MOCVD生長完成后在氮氣環(huán)境下進行原位退火，退火方式為降溫退火，退火溫 度從550°C降到400°C，時間為5min，使得基區(qū)層SInGaAs中的碳原子得到充分激活，獲得高 滲雜濃度，減小了基區(qū)的電阻，提高了器件頻率。
[0029] 基區(qū)層8厚度控制在20nm-40nm，窄基區(qū)厚度可W減小電子在基區(qū)的復合效應(yīng)，減 小電子的渡越時間，提高器件增益和頻率。
[0030] 基區(qū)層SInGaAs材料組分的比例在層內(nèi)不均一，自能帶漸變層一4側(cè)向發(fā)射區(qū)層9 組分漸變，由Ino.4日Gao.日日As漸變?yōu)镮no.日日Gao.4日As。基區(qū)組分漸變能夠在基區(qū)形成內(nèi)部電場， 使電子加速，提高器件頻率。
[0031] 發(fā)射區(qū)層9為N型InP材料，其作用是發(fā)射電子。
[0032] 發(fā)射區(qū)接觸層10為為高滲的N型InP材料，高滲雜有利于實現(xiàn)良好的歐姆接觸，減 小串聯(lián)電阻。
[0033] 表面電極接觸層11為高滲的N型InGaAs材料，高滲雜有利于實現(xiàn)良好的歐姆接觸， 減小串聯(lián)電阻，InGaAs材料可W減小電子的表面復合效應(yīng)。
[0034] 對該外延層結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管實施例測試I-V特性曲線：
[0035] 測試條件:Vce= [0，4]V,Step = O. IV;化=[0，100]uA,St邱=IOuA;Ve = OV;輸出 基極電壓Vbe,集電極電流Ice。
[0036] 測試譜圖見圖2,從圖中能夠看出其測試直流增益達到80。
[0037] 對該實施例外延層結(jié)構(gòu)的雙極型晶體管利用網(wǎng)絡(luò)分析儀和Ic-cap分析軟件來測 試器件的高頻特性：
[003引測試頻率范圍：1E9化到4E10化。
[0039]測試譜圖見圖3和圖4,其中曲線a為測試曲線，直線b為測試曲線a在其拐點處的延 長線，延長線與X軸的交點為頻率特性數(shù)值。從圖中能夠看出其測試截止頻率Ft達到 220G化，最大工作頻率Fmax達到400G化。
【主權(quán)項】
1. 一種磷化銦基雙異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延層結(jié)構(gòu)，自磷化銦襯底（1)向上依次包括 輕摻雜的N型磷化銦集電區(qū)層(3)、能帶漸變層、重摻雜的P型銦鎵砷基區(qū)層(8)和N型磷化銦 發(fā)射區(qū)層(9)，其特征在于，所述能帶漸變層為四層，其中能帶漸變層一 (4)、能帶漸變層二 (5)和能帶漸變層三(6)為組分比例不同的N型InGaAsP材料，能帶漸變層四（7)為非摻的 InGamAs材料，能帶漸變層一（4)、能帶漸變層二（5)和能帶漸變層三(6)的厚度均為20-40nm，能帶漸變層四（7)的厚度為30-50nm〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述集電區(qū)層（3)的厚度為150-250nm，所述發(fā)射區(qū)層（9)厚度為30-50nm〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基區(qū)層(8)由多層構(gòu)成，總厚度 為20nm-40nm，所述基區(qū)層(8)內(nèi)各層為組分比例不同的InGaAs材料。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述集電區(qū)層(3)與襯底（1)之間設(shè) 有次集電區(qū)層(2)，所述次集電區(qū)層(2)為摻雜Si的N型InGaAs材料，厚度為300nm-500nm〇5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，發(fā)射區(qū)層(9)的上方依次設(shè)有發(fā)射 區(qū)接觸層（10)和表面電極接觸層（11);所述發(fā)射區(qū)接觸層（10)為摻雜Si的N型InP材料，其 厚度為l〇〇nm-200nm;所述表面電極接觸層（11)為摻雜Si的N型InGaAs材料，其厚度為50nm-150nm〇6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述襯底（1)為半絕緣型InP材料， 其厚度為620um〇
【專利摘要】本實用新型涉及雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(DHBT)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及npn型InGaAs/InP？DHBT技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種磷化銦基雙異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管外延層結(jié)構(gòu)，自磷化銦襯底向上依次包括輕摻雜的N型磷化銦集電區(qū)層、能帶漸變層、重摻雜的P型銦鎵砷基區(qū)層和N型磷化銦發(fā)射區(qū)層，能帶漸變層為四層結(jié)構(gòu)，能帶漸變層一至三為N型In(1-x)GaxAsyP(1-y)材料，從集電區(qū)層向基區(qū)層，其各層之間的組分漸變，能帶漸變層四為非摻的InGaxAs材料。本實用新型結(jié)構(gòu)基區(qū)還具有更高的空穴濃度和更薄的厚度。本實用新型結(jié)構(gòu)異質(zhì)結(jié)界面處不存在導帶尖峰，電子渡越時間更短，該結(jié)構(gòu)制成的晶體管具有更高的頻率性能。
【IPC分類】H01L29/06, H01L29/737
【公開號】CN205211759
【申請?zhí)枴緾N201521028024
【發(fā)明人】張宇, 陳宏泰, 車相輝, 林琳, 位永平, 王晶, 郝文嘉, 于浩
【申請人】中國電子科技集團公司第十三研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月10日