定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)一種定向嘉晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管(Heterojunct1n BipolarTransistor, HBT)結(jié)構(gòu),尤其是在GaAs的基板上依據(jù)特定的嘉晶方向形成InGaP的穿隧集極層或/及射極層。
【背景技術(shù)】
[0002]異質(zhì)接面雙極性晶體管(HBT)是利用不同半導(dǎo)體材料構(gòu)成射極及基極，并在射極及基極的接面處形成異質(zhì)接面，其好處在于基極流向射極的電洞流因?yàn)檩^難跨越基極與射極之間的價(jià)電帶(valance band)位障(Δ Ev),使得射極注入效率(Emitter Inject1nEfficiency)提高，進(jìn)而在較高基極參雜下提高電流增益。當(dāng)HBT作為功率放大器用于手持式裝置時(shí)，功率放大器的效率顯得格外重要，在HBT組件上影響效率的參數(shù)主要為膝電壓與導(dǎo)通電壓，因此降低膝電壓與導(dǎo)通電壓是一門重要的課題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)是在(100)面或(100)朝(110)面傾斜2°的GaAs基板上，成長(zhǎng)異質(zhì)接面雙極性晶體管，基極最常用的半導(dǎo)體材料砷化鎵(GaAs)而射極及穿隧集極最常用的半導(dǎo)體材料為磷化銦鎵(InGaP)。由于磷化銦鎵成長(zhǎng)于(100)或(100)朝(110)傾斜2°的GaAs基板上無(wú)法使銦與鎵在〈111〉方向上達(dá)到很有序的排列，造成磷化銦鎵(InGaP)的電子親和力(electron affinity)始終小于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于砷化鎵(GaAs)的電子親和力，因此形成基極-射極接面與基極-穿隧集極接面導(dǎo)電帶的不連續(xù)，造成HBT有較高的導(dǎo)通電壓，也同時(shí)造成集極電流阻擋效應(yīng)，增加膝電壓(knee voltage)，不利于HBT PA的效率(PAE)。
[0004]因此，需要一種成長(zhǎng)于不同傾斜面的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)，當(dāng)磷化銦鎵或砷磷化銦鎵用于射極層或/及穿隧集極層時(shí)具有較大的電子親和力或較小的能隙進(jìn)而降低基極-射極接面或/及基極-穿隧集極接面導(dǎo)電帶的不連續(xù)，以降低異質(zhì)接面雙極性晶體管的導(dǎo)通電壓與補(bǔ)偏電壓(offset voltage),也同時(shí)改善集極電流阻擋效應(yīng)，降低膝電壓(knee voltage)，增加HBT PA的效率(PAE)，增進(jìn)整體電氣特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在提供一種定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)，尤其是一種成長(zhǎng)于(100)朝向(Ill)B面GaAs基板上的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)，主要是在(100)朝向(Ill)B(即(1-11)或(11-1))面的GaAs基板上直接或間接成長(zhǎng)II1-V族半導(dǎo)體所構(gòu)成的異質(zhì)接面雙極性晶體管(HBT)，包括依序堆棧的次集極層(Sub-collector)、集極層(Collector)、穿隧集極層(Tunneling Collector)、基極層(Base)、射極層(Emitter),射極蓋層(Emitter Cap)以及歐姆接觸層。
[0006]具體而言，穿隧集極層為磷化銦鎵或砷磷化銦鎵，射極層為N型能隙大于基極層的II1-V族半導(dǎo)體。由于磊晶是在(100)朝向(Ill)B的基板上進(jìn)行，因而磷化銦鎵(InGaP)或砷磷化銦鎵(InGaAsP)中的銦與鎵在〈111〉方向上有序成長(zhǎng)(ordering effect),使得磷化銦鎵或砷磷化銦鎵用于射極層或/及穿隧集極層具有較大的電子親和力(electronaffinity)或較小的能隙，進(jìn)而降低基極-射極接面或/及基極-穿隧集極接面導(dǎo)電帶(conduct1n band)的不連續(xù)，可降低異質(zhì)接面雙極性晶體管的導(dǎo)通電壓(turn-onvoltage)與補(bǔ)偏電壓(offset voltage, VOS),也同時(shí)能改善集極電流阻擋效應(yīng)(currentblocking effect),降低膝電壓(knee voltage, VKEE),增加HBT功率放大器(PA)的效率(PAE)，增進(jìn)整體電氣特性。
【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0008]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0009]圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0010]圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0011]圖5(a)為本發(fā)明中的異質(zhì)接面雙極性晶體管能帶示意圖。
[0012]圖5(b)為現(xiàn)有技術(shù)中異質(zhì)接面雙極性晶體管的能帶示意圖。
[0013]圖6(a)為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的異質(zhì)接面雙極性晶體管的1-V電氣特性圖。
[0014]圖6(b)為本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)的異質(zhì)接面雙極性晶體管的Ic-Vce電氣特性圖。
[0015]其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下:
[0016]10 基板
[0017]15 中間復(fù)合層
[0018]20 次集極層
[0019]30 集極層
[0020]35 穿隧集極層
[0021]40 基極層
[0022]50 射極層
[0023]60 射極蓋層
[0024]70 歐姆接觸層
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下配合附圖及附圖標(biāo)記對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做更詳細(xì)的說(shuō)明，使熟習(xí)本領(lǐng)域的技術(shù)人員在研讀本說(shuō)明書(shū)后能據(jù)以實(shí)施。
[0026]參考圖1，本發(fā)明第一實(shí)施例定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管(HBT)結(jié)構(gòu)的示意圖。如圖1所示，本發(fā)明的定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)包括在基板10上由下而上依序堆棧的次集極層20、集極層30、基極層40、射極層50、射極蓋層(Emitter Cap) 60以及歐姆接觸層70，其中次集極層20是由N型II1-V族半導(dǎo)體形成，并堆棧在基板10上，尤其是，基板10是由砷化嫁(GaAs)形成，且是由(100)朝向(Ill)B面方向傾斜,而傾斜的角度為0.6°?25。。此外，集極層30是堆棧在次集極層20上，并由N型II1-V族半導(dǎo)體形成；基極層40是堆棧在集極層30上，并由P型II1-V族半導(dǎo)體形成；射極層50是堆棧在基極層40上，并由N型InGaP或InGaAsP形成；射極蓋層60是堆棧在射極層50上，并由N型II1-V族半導(dǎo)體形成，而歐姆接觸層70是堆棧在射極蓋層60上，并由N型II1-V族半導(dǎo)體形成。
[0027]具體而言，集極層30可為N型砷化鎵(GaAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)及砷磷化銦鎵(InGaAsP)的至少其中之一形成，基極層40是由P型GaAs、砷化銦鎵(InGaAs)、氮砷化銦鎵(InGaAsN)及砷銻化鎵(GaAsSb)的至少其中之一形成，射極蓋層60可為N型GaAs、InGaP、InGaAsP及AlGaAs的至少其中之一形成,而歐姆接觸層70可為N型GaAs及InGaAs的至少其中之一形成。
[0028]由于基板10是由(100)朝向(Ill)B面方向傾斜，因此可改善上述磊晶層的晶格結(jié)構(gòu)，形成更加規(guī)則的晶格排列，減少晶格缺陷，并降低導(dǎo)電帶(Conduct1n Band)及提高價(jià)電帶(Valence Band),進(jìn)而縮小能隙(Band Gap)。
[0029]此外，可進(jìn)一步包括至少一薄層(圖中未顯示)，并位于射極層50及基極層40之間，且可由II1-V族半導(dǎo)體形成，尤其是，薄層的導(dǎo)電帶等于及/或低于射極層50的導(dǎo)電帶，且薄層的總厚度是介于I埃(I埃=IX1-10Hi)?1000埃之間。更加具體而言，薄層可由 AlGaAs、InGaP、InGaAsP、GaAs、GaAsP、InGaAs、GaAsSb 及 InGaAsN 的至少其中之一形成。
[0030]進(jìn)一步參考圖2，本發(fā)明第二實(shí)施例定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖，其中第二實(shí)施例的定向磊晶的異質(zhì)接面雙極性晶體管結(jié)構(gòu)包括在基板10上由下而上依序堆棧的次集極層20、集極層30、穿隧集極層35、基極層40、射極層50、射極蓋層(Emitter Cap) 60以及歐姆接觸層70，其中次集極層20是由N型II1-V族半導(dǎo)體形成，并堆棧在基板10上，尤其是，基板10是由砷化鎵(GaAs)形成，且是由(100)朝向(Ill)B面方向傾斜，而傾斜的角度為0.6°?25。。
[0031]要注意的是，圖2的第二實(shí)施例是類似于圖1的第一實(shí)施例，其主要的差異點(diǎn)在于，第二實(shí)施例額外包含穿隧集極層35，且設(shè)置于集極層30及基極層40之間，而且穿隧集極層35由InGaP或InGaAsP形成,此外,可進(jìn)一步包括至少一薄層(圖中未顯示)，并位于穿隧集極層35及基極層40之間，且可由II1-V族半導(dǎo)體形成，尤其是，薄層的導(dǎo)電帶等于及/或低于穿隧集極層35的導(dǎo)電帶，且薄層的總厚度是介于I埃?1000埃之間。更加具體而言，薄層可由 AlGaAs、InGaP、InGaAsP、G