高坚固性的异质结双极型晶体管的制作方法

1.本发明涉及双极型晶体管，尤其是一种高坚固性的异质结双极型晶体管。


背景技术：

2.在无线通信装置或在第五代的移动通信装置的应用上，功率放大器的效率、高频特性、线性度与坚固性需要被提升。
3.提升功率放大器(power amplifier,pa)的效率能通过提高操作电压或操作电流而得到有效提升，比如通过电路设计方式来提高pa的操作电压或电流，另外，还可以通过调整异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistor，hbt)的外延层的结构及/或材料来提高效率和功率附加效率(power added efficiency，pae)。
4.然而，当hbt在高电压或高电流下操作时容易因为过大的功率而使hbt元件损坏，例如pa与天线阻抗不匹配时所反弹回来的过大功率造成hbt及pa的坚固性(ruggedness)变差，因此如何有效增进异质结双极型晶体管在高电压或高电流(也就是，高功率)操作下的坚固性(ruggedness)就是一个很重要的课题。
5.参阅美国专利公告号us6881988b2，其中，集电区包括第一集电极层、第二集电极层与第三集电极层，第三集电极层位于第一集电极层与第二集电极层之间；第一集电极层是由ingap制成，第一集电极层包括具有一自然超晶格(natural superlattice)的ingap，自然超晶格是in与ga的原子在三族的原子层中有序排列的；在第一集电极层的上方是第三集电极层，第三集电极层的掺杂浓度高于第二集电极层的掺杂浓度。
6.该专利提供了相较于没有设置第三集电极层的hbt，当hbt中设置第三集电极层时，第一集电极层与第三集电极层之间的接口的电位(potential)会变低，因此hbt的电压
‑
电流曲线的膝电压(knee voltage)(饱和区与工作区交界处的电压)能被降低；此外，通过改变第三集电极层的厚度或其掺杂浓度，第一集电极层跟第二集电极层的电场比率能被改变，因此提升或改善击穿电压。
7.一般而言，ingap的in与ga原子在三族的原子层中的排列越是有序排列(high ordering)所形成的自发性极化效应(spontaneous polarization effect)也越强，造成ingap的能隙越小并形成越强的电场。ingap中原子的有序排列(ordring effect)有程度上的不同，依原子有序排列程度大致可区分：低度原子有序排列及高度原子有序排列；当ingap中的原子是高度有序排列时，ingap的能隙会较小且形成的电场较强，较强的电场较容易使ingap上的外延层或ingap与其上方外延层的接口处的载流子被耗尽(depletion)，当一个区域的载流子被电场耗尽后，该区域的电阻会上升，尤其是接口电阻更容易上升，不利于提高hbt的效率或高频特性；此外，材料的能隙越小，对hbt的坚固性或击穿电压的改善往往越有限。
8.该专利的第一集电极层由具有自然超晶格的ingap制成，且自然超晶格的原子是有序的排列，也就是第一集电极层是由高度原子有序排列的ingap形成，因此第一集电极层的电场较强且能隙较小。
9.由于第一集电极层会形成强电场，所以该专利提供了第一集电极层上方需增设高掺杂浓度的第三集电极层，以避免ingap的第一集电极层与gaas的第二集电极层之间的接口电阻升高，从而避免hbt的电压
‑
电流曲线的膝电压上升。
10.第一集电极层所形成的电场会耗尽第二集电极层中的载流子及第二集电极层与第一集电极层间的界面的载流子，因此被耗尽的区域的电子势垒会上升，而使得集电极的电阻上升，对hbt的高频特性或效率造成不利影响。
11.尤其当hbt在比较高的电流密度下操作时，由于被耗尽的区域的电子势垒变高，电子容易被电子势垒阻挡而造成电子堆积，因而容易使耗尽区域的电子势垒变得更高，使电子更难通过，从而造成hbt的i
‑
v曲线劣化及膝电压上升，因此对功率放大器的效率或高频特性造成不利影响。


技术实现要素：

12.依照惯用技术所提供的hbt，hbt的击穿电压虽然能被提高，但对hbt的高频特性或坚固性的改善幅度却相对有限，尤其是当应用于较高的频率或较高的电流密度下，惯用技术的hbt的效率或高频特性较容易出现劣化或衰减。
13.此外，惯用技术的第一集电极层的高度原子有序排列的ingap，因为具有较小的能隙，因此对hbt的坚固性或击穿电压的改善相对有限。
14.此外，为提高hbt的高频特性，电子通过集电极层的时间(collector transient time,τ
c
)也需要被缩短，所以集电极层的厚度也需要更薄，但集电极层的厚度变薄可能致使击穿电压降低，而导致pa的输出功率容易受限。因此需要在集电极层导入宽能隙的材料，以维持适当的击穿电压及pa的输出功率或坚固性。
15.因此需要提供一种hbt，此hbt本身不仅具有一定的或较高的击穿电压，也需让效率、线性度、高频特性或坚固性得到提升，从而使得hbt适合在更高频率下操作和/或在大电流、大电压下操作。
16.根据本发明的一个观点，提供一种高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，包括：衬底；次集电极层，位于所述衬底上，所述次集电极层包括iii
‑
v族半导体；集电极层，位于所述次集电极层上，包括iii
‑
v族半导体材料；基极层，位于所述集电极层上，包括iii
‑
v族半导体材料；以及发射极层，位于所述基极层上，包括iii
‑
v族半导体材料；所述集电极层包括ingap层，所述ingap层与所述次集电极层直接相邻或间接相邻，且所述ingap层的能隙大于1.86ev或所述ingap层的pl峰值波长小于667nm。
17.优选地，所述ingap层的能隙还大于1.87ev、1.88ev、1.89ev或1.90ev；或者，所述ingap层的pl峰值波长是在666nm、664nm或662nm以下。
18.优选地，所述集电极层还包括gaas层，所述gaas层直接设置在所述ingap层的上方。
19.优选地，所述ingap层的厚度与所述集电极层的厚度的比值在1/100以上且在1以下。
20.优选地，所述集电极层还包括中间层与顶层，所述ingap层的上方依序形成所述中间层与所述顶层，所述中间层的掺杂浓度高于所述顶层的掺杂浓度。
21.优选地，所述中间层的材料是选自于由gaas、ingap及ingaasp所组成群组中的至
少一种材料。
22.优选地，所述中间层是n型掺杂。
23.优选地，所述中间层具有浓度渐变，所述浓度渐变是越靠近所述ingap层所述中间层的浓度越高。
24.优选地，所述集电极层还包括宽能隙层，所述宽能隙层位于所述ingap层的上方或的下方，所述宽能隙层包括由以下各材料组成的群组的至少一种材料：ingapn、ingapsb、ingapbi、ingaasp、ingaaspn、ingaaspsb、ingaaspbi、inalgap、inalgapn、inalgapsb及inalgapbi。
25.优选地，所述高坚固性的异质结双极型晶体管还包括能隙渐变层，所述能隙渐变层是设于所述集电极层的中间或所述集电极层的上方。
26.优选地，所述ingap层的至少一部分具有浓度渐变，所述浓度渐变越靠近所述次集电极层浓度越高。
27.优选地，所述ingap层是n型掺杂。
28.优选地，所述高坚固性的异质结双极型晶体管还包括至少一层高浓度ingap层，所述至少一层高浓度ingap层是设置在所述ingap层的上方和/或的下方，所述至少一层高浓度ingap层的掺杂浓度至少高于所述ingap层的掺杂浓度。
29.优选地，所述高坚固性的异质结双极型晶体管还包括中间复合层，所述中间复合层形成于所述衬底与所述次集电极层之间。
30.优选地，所述中间复合层包括至少一层缓冲层、场效晶体管或假性高电子迁移率晶体管，其中，所述缓冲层是由iii
‑
v族半导体材料形成。
31.根据本发明的另一个观点，提供一种高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，包括：衬底；次集电极层，位于所述衬底上，所述次集电极层包括iii
‑
v族半导体；集电极层，位于所述次集电极层上，包括iii
‑
v族半导体材料；基极层，位于所述集电极层上，包括iii
‑
v族半导体材料；以及发射极层，位于所述基极层上，包括iii
‑
v族半导体材料；其中，所述集电极层包括宽能隙层，所述宽能隙层与所述次集电极层直接相邻或间接相邻，所述宽能隙层包括由以下各材料组成的群组的至少一种材料：ingapn、ingapsb、ingapbi、ingaasp、ingaaspn、ingaaspsb、ingaaspbi、inalgap、inalgapn、inalgapsb及inalgapbi；其中，所述宽能隙层的能隙大于gaas的能隙。
32.优选地，所述集电极层还包括gaas层，所述gaas层直接设置在所述宽能隙层的上方。
33.优选地，所述宽能隙层的厚度与所述集电极层的厚度的比值在1/100以上且在1以下。
34.优选地，所述集电极层还包括中间层与顶层，所述宽能隙层的上方依序形成所述中间层与所述顶层，所述中间层的掺杂浓度高于所述顶层的掺杂浓度。
35.优选地，所述中间层的材料是选自于由gaas、ingap、ingapn、ingapsb、ingapbi、ingaasp、ingaaspn、ingaaspsb、ingaaspbi、inalgap、inalgapn、inalgapsb及inalgapbi所组成群组中的至少一种材料。
36.优选地，所述中间层具有浓度渐变，所述浓度渐变是越靠近所述ingap层所述中间层的浓度越高。
37.优选地，所述高坚固性的异质结双极型晶体管还包括ingap层，所述ingap层位于所述宽能隙层的上方或的下方，所述ingap层的能隙大于1.86ev或所述ingap层的pl峰值波长小于667nm。
38.优选地，所述高坚固性的异质结双极型晶体管还包括能隙渐变层，所述能隙渐变层设于所述集电极层的中间或所述集电极层的上方。
39.优选地，所述宽能隙层具有浓度渐变，所述浓度渐变越靠近所述次集电极层浓度越高。
40.优选地，所述高坚固性的异质结双极型晶体管还包括中间复合层，所述中间复合层形成于所述衬底与所述次集电极层之间。
41.优选地，所述中间复合层包括至少一层缓冲层、场效晶体管或假性高电子迁移率晶体管，其中，所述缓冲层由iii
‑
v族半导体材料形成。
42.通过本发明，可使hbt适合在更高频率下操作和/或在大电流、大电压下操作。
附图说明
43.图1是本说明书的第一实施例的hbt的示意图；
44.图2是本说明书的第二实施例的hbt的示意图；
45.图3是本说明书的第三实施例的hbt的示意图；
46.图4是本说明书的第四实施例的hbt的示意图；
47.图5是本说明书的第五实施例的hbt的示意图；
48.图6是本说明书的第六实施例的hbt的示意图；
49.图7是本说明书的第七实施例的hbt的示意图；
50.图8是本说明书的第八实施例的hbt的示意图；
51.图9是本说明书的第九实施例的hbt的示意图；
52.图10是由光致发光光谱法量测所得的磷化铟镓(ingap)的pl光谱图；
53.图11是比较本发明的一实施例的hbt与惯用技术的hbt的集电极层的载流子浓度分布图；
54.图12是比较本发明的一实施例的hbt与惯用技术的hbt的共发射极(common emitter)的电流
‑
电压(i
‑
v)特性图；
55.图13是比较本发明的另一实施例的hbt与两个惯用技术的hbt的集电极层的载流子浓度分布图；
56.图14是比较本发明的另一实施例的hbt与两个惯用技术的hbt的共发射极(common emitter)的电流
‑
电压(i
‑
v)特性图。
57.附图标记说明：
58.10
‑
衬底；20
‑
次集电极层；30
‑
集电极层；31
‑
ingap层；33
‑
宽能隙层；35
‑
高浓度ingap层；40
‑
基极层；50
‑
发射极层；60
‑
发射极覆盖层；70
‑
欧姆接触层；80
‑
能隙渐变层；30a
‑
底层；30b
‑
中间层；30c
‑
顶层。
具体实施方式
59.以下结合附图及元件符号对本发明的实施方式作详细说明，以使熟习所属技术领
域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
60.以下描述具体的元件及其排列的例子用以简化本发明。当然这些仅是例子且不该以此限定本发明的范围。例如，在描述中提及第一外延层于第二外延层的上方时，其可能包括第一外延层与第二外延层直接接触的实施例，也可能包括两者之间有其他元件或外延层形成而没有直接接触的实施例。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号和/或符号，这些重复仅为了简单清楚地叙述一些实施例，不代表所讨论的不同实施例和/或结构之间有特定关联。
61.此外，其中可能用到与空间相关的用词，像是“在...下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些关系词系为了便于描述图式中一个(些)元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。这些空间关系词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及图式中所描述的方位。
62.本发明说明书提供不同的实施例来说明不同实施方式的技术特征。举例来说，全文说明书中所指的“一些实施例”意味着在实施例中描述到的特定特征、结构、或特色至少包含在一实施例中。因此，全文说明书不同地方所出现的词组“在一些实施例中”所指不一定为相同的实施例。
63.此外，特定的特征、结构、或特色可在一个或多个的实施例中通过任何合适的方法结合。进一步地，对于在此所使用的用语“包括”、“具有”、“有”、“其中”或前述的变换，这些语意类似于用语“包括”来包含相应的特征。
64.此外，“层”可以是单一层或者是多层；而外延层的”一部分”可能是该外延层的一层或互为相邻的多层。
65.图1是本说明书的第一实施例的hbt的示意图。
66.如图1所示，第一实施例是hbt的例示结构。依据第一实施例，hbt包括：衬底10(substrate)；次集电极层(sub collector layer)20，位于衬底10上，包括iii
‑
v族半导体；集电极层(collector layer)30，位于次集电极层20上，包括iii
‑
v族半导体材料；基极层(base layer)40，位于集电极层30上，包括iii
‑
v族半导体材料、发射极层(emitter layer)50，位于基极层40上，包括iii
‑
v族半导体材料；发射极覆盖层(emitter cap layer)60，位于发射极层50上；以及欧姆接触层(ohmic contact layer)70，位于发射极覆盖层60上。
67.集电极层30包括ingap层31，ingap层31是与次集电极层20直接相邻，但也可与次电集层20间接相临。ingap层31的能隙大于1.86ev、1.87ev、1.88ev、1.89ev、1.90ev或1.91ev，也就是ingap层31中的原子有序排列的程度较低；ingap层31中原子排列若较不规则或较不有序，即ingap是非自然超晶格结构，则ingap层31的自发性极化效应所产生的电场就较弱，因此靠近ingap层的半导体层中的载流子被耗尽的数量会减少；举例而来说，若集电极层还包括一(多)集电极层，且所述(多)集电极层是形成于ingap层的上方，由于ingap层所形成的电场偏弱，所述(多)集电极层中的载流子被弱电场耗尽(depletion)的数目也变少，而在所述集电极层跟ingap层间的界面处的载流子被弱电场耗尽(depletion)的数目也会变少，因此，集电极层中的所述(多)集电极层中的载流子以及所述集电极层与ingap层的接口处的载流子被耗尽的数目会可观的减少，因此能让集电极电阻不容易上升，hbt的高频特性或效率不容易劣化。
68.尤其当hbt在比较高的电流密度下操作时，由于被耗尽的载流子数目较少，则电子
势垒不容易变高，因此较不容易造成大量电子堆积，有助于维持或改善功率放大器的效率或高频特性。
69.另一方面，惯用技术中与次集电区接触第一集电极层的原子是规则排列，惯用技术的第一集电极层的能隙比较小，不利于改善hbt的击穿电压或hbt的坚固性。不同于惯用技术，因第一实施例的ingap层的原子排列是较不规则或较不有序，所以ingap层的能隙较大，而有助于改善hbt的击穿电压或hbt的坚固性。
70.此外，ingap层的能隙较大(或下文的宽能隙层)，当集电极层还包括gaas层，且gaas层直接设置在宽能隙层的上方时，ingap层(宽能隙层)与gaas层会形成较大的不连续导带，此不连续导带在正常的操作电流或操作功率的时候，此不连续导带所能阻挡的电子数量较有限，因此hbt的特性比较不会被影响；当hbt的操作电流或操作功率变得很大时，不连续导带就能阻挡较多的电子而造成电子的堆积，而使该区域的电场改变而提高电子势垒，因此将电流大小限制在不会让hbt损坏的程度，从而确保hbt的坚固性。
71.参阅图2，图2是本说明书的第二实施例的hbt的示意图。如图2所示，第二实施例与第一实施例的的hbt结构大致相同，但第二实施例的集电极层30是包括宽能隙层33，且宽能隙层33同样可与次集电极层20直接相邻或间接相邻，也就是以宽能隙层33取代ingap层31，宽能隙层33的能隙比gaas的能隙大；在第二实施例中，宽能隙层33的材料包括ingaasp(层)。
72.ingaasp层的能隙虽小于ingap层，但ingaasp层的能隙也可以与ingap层相近，有助于改善hbt的坚固性。
73.ingaasp层的自发性极化效应与所产生的电场比ingap层还小，因此所产生的电阻也较小，因此在hbt的效率、高频特性的改善上或坚固性的维持上也会有帮助。
74.参阅图3，图3是本说明书的第三实施例的hbt的示意图。
75.如图3所示，第三实施例与第二实施例的hbt结构大致相同，但第三实施例中，宽能隙层33的材料是inalgap(层)。inalgap层的能隙大于ingap层，在提高hbt的坚固性上，inalgap层会优于ingap层；但是高能隙的材料的电阻一般较高，对hbt的特性的改善比较有限。
76.宽能隙层除了可以包括ingaasp或包括inalgap，宽能隙层也可包括由以下各材料组成的群组的至少一种材料：ingapn、ingapsb、ingapbi、ingaasp、ingaaspn、ingaaspsb、ingaaspbi、inalgap、inalgapn、inalgapsb及inalgapbi。而在宽能隙层的材料加入如n、sb、bi的元素，能够调节与其他材料间的不连续导带或不连续价带。
77.ingap层或宽能隙层的厚度与集电极层总厚度的比值在1/100以上且在1以下，具体的厚度比值还可以是2/3、1/2、1/3、1/4、1/5、1/10、1/20、1/30、1/40或1/50。
78.当适当地应用较低程度的原子有序排列(low ordering)的ingap层时，能减少ingap层的上方的区域中或ingap层的接口处的载流子被耗尽，而避免界面电阻上升，有助于改善功率放大器(power amplifier，pa)特性；同样的，ingaasp层或inalgap层的自发性极化效应较弱，也有助于改善pa特性。
79.参阅图4，图4是本说明书的第四实施例的hbt的示意图。第一实施例至第三实施例的任一个实施例皆能加入或整合第四实施例的结构。如图4所示，第四实施例的集电极层30更进一步包括三层结构，也就是包括底层30a、中间层30b与顶层30c，中间层30b位于底层
30a跟顶层30c之间。
80.根据第四实施例，底层是ingap层，ingap层的上方依序形成中间层与所述顶层，中间层是高掺杂浓度集电极层；在集电极层底层的ingap层的能隙一样大于1.86ev或ingap层的光致发光图谱(photoluminescence，pl)峰值波长小于667nm，而中间层的掺杂浓度高于顶层的掺杂浓度。中间层的材料可以是选自于由gaas、ingap及ingaasp所组成群组中的至少一种材料，且中间层是n型掺杂。在当集电极层的底层是宽能隙层的实施例中，宽能隙层的上方的中间层的材料可选自于由gaas、ingap、ingapn、ingapsb、ingapbi、ingaasp、ingaaspn、ingaaspsb、ingaaspbi、inalgap、inalgapn、inalgapsb及inalgapbi所组成群组中的至少一种材料。
81.由于ingap层的能隙大于1.86ev或pl峰值波长小于667nm，即使中间层的掺杂浓度是跟美国专利公告号us6881988b2的专利中第三集电极层的掺杂浓度一样高，第四实施例的集电极电阻会比美国专利公告号us6881988b2的专利中的集电极电阻还小，集电极电阻变小有助于提高功率放大器的效率或功率或高频特性。
82.由于ingap层的上方的载流子(即，高掺杂浓度的集电极层中的载流子)被耗尽的数量较少，因此高掺杂浓度集电极层的掺杂浓度能在比较低的浓度下，例如低于3.0x1018cm
‑3，仍达到降低集电极电阻的目的。
83.当高掺杂浓度集电极层的掺杂浓度变低，高掺杂浓度集电极层的电场也变弱，有助于改善击穿电压或坚固性。
84.第一实施例的ingap层能与宽能隙层的任一种材料互相配合使用，比如集电极层是先形成ingap层，ingap层的上方再形成宽能隙层；或者先形成宽能隙层，宽能隙层的上方再形成ingap层，也就是说，宽能隙层位于ingap层的上方或的下方。
85.在第一实施例跟第四实施例的任一个实施例还包括能隙渐变层80，能隙渐变层80是设于集电极层30的中间或集电极层30的上方，能隙渐变层80的一些实施例请参阅第五实施例至第七实施例。
86.参阅图5，图5是本说明书的第五实施例的hbt的示意图。
87.根据第五实施例，能隙渐变层80设于集电极层30的中间的一部分或全部，比如能隙渐变层80是位于中间层30b的中间。
88.参阅图6，图6是本说明书的第六实施例的hbt的示意图。
89.根据第六实施例，能隙渐变层80取代中间层30b，因此位于顶层跟底层(ingap层)之间的是能隙渐变层80。
90.参阅图7，图7是本说明书的第七实施例的hbt的示意图。
91.根据第七实施例，能隙渐变层80是位于集电极层30的上方。
92.根据能隙渐变层的设置而调整“ingap层与顶层间”、“ingap层与中间层间”、“宽能隙层与顶层间”或“宽能隙层与中间层间”的不连续导带或不连续价带，因此有助于提高hbt击穿电压或坚固性或降低电阻。能隙渐变层的能隙变化包括线性、非线性或阶梯状或其组合，能隙渐变层的材料可包括gaas、algaas、ingaasp、inalgap或其他合适的材料。
93.第一实施例跟第四实施例的任一个实施例能与第五实施例至第七实施例(能隙渐变)的任一个实施例或一些实施例相互配合运用。
94.参阅图8，图8是本说明书的第八实施例的hbt的示意图。
95.第八实施例提供一种浓度渐变方法，该浓度渐变方法加入或应用于上述实施例中，或根据实际需求应用于其他实施例中。
96.在一些实施例，ingap层31的浓度、中间层的浓度或宽能隙层33的浓度可以具有浓度渐变，并且是n型掺杂。浓度渐变可设置于ingap层31的至少一部分或整体、中间层的至少一部分或整体或宽能隙层33的至少一部分或整体；举例而言，ingap层31的浓度渐变可以是指往次集电极层方向，ingap的掺杂浓度会递增，也就是ingap层中的掺杂浓度会随着越靠近次集电极层而越高；浓度渐变可以是线性变化或非线性变化或阶梯状变化或以上的组合，有助于提高hbt击穿电压或坚固性。在一些实施例，掺杂浓度渐变跟能隙渐变可以搭配运用。
97.参阅图9，图9是本说明书的第九实施例的hbt的示意图。
98.在第一实施例至第八实施例的任一个实施例还能加入或应用第九实施例的至少一层高浓度ingap层35，高浓度ingap层35能设置在ingap层31的上方和/或的下方；或者，高浓度ingap层35能设置在宽能隙层的上方和/或的下方。
99.图9是以第一实施例为例，如图9所示，高浓度ingap层35是设置于ingap层31的上方和的下方。
100.通过在集电极层设置高浓度ingap，以此降低集电极层的电阻或提高集电极层的坚固性；高浓度ingap层的掺杂浓度高于ingap层的掺杂浓度。
101.第一实施例至第四实施例之任一个能依照不同需求更包含能隙渐变、浓度渐变、高浓度ingap的或上述两者以上；例如ingap层的(掺杂)浓度为渐变，且ingap层之上及/或之下加入高掺杂浓度的ingap层；此外，ingap层之上还加入高掺杂浓度或浓度渐变的外延层(例如gaas)及/或能隙渐变层。在适当地应用较低程度的原子有序排列(low ordering)的ingap层时能减少ingap层上的载流子被耗尽，避免造成集电极电阻上升而对pa特性形成显著的负面影响，或者也能避免ingap层的上方的半导体层为了克服载流子受到ingap层所形成电场的影响而被耗尽时而衍生的高设计复杂度，从而提升hbt及pa整体的电气特性或坚固性。
102.因此，在一实施例中，为了确定ingap层中原子有序排列的程度，主要是利用光致发光(photoluminescence,pl)光谱法来进行评估，受测材料的放射光的波长是在室温下量测而得，而受测材料是晶格匹配于衬底。在该方法中，首先以与制造ingap层相同的制造手法，将ingap层的材料在一衬底上外延生长为数百纳米的厚度，然后将特定波长的光发射至ingap层材料，ingap层材料吸收光后又重新放射光至外界，最后通过测量放射光的波长来评估ingap层材料中原子有序排列的程度。当ingap层中原子有序排列的程度越高时，其能隙相对小，因此pl测量时材料通过能隙跃迁所放射的波长就相对长；相对地，当原子有序排列的程度越低时，则所放射的波长就相对短。
103.图10为由光致发光光谱法量测所得的磷化铟镓(ingap)的光致发光(pl)光谱图。其中，较高度原子有序排列的ingap因具有较小的能隙，因此光致发光(pl)峰值波长较长为667nm(eg＝1.86ev)，而具有较低度原子有序排列的ingap，由于具有较大的能隙，因此pl峰值波长则较短约为655nm(eg＝1.89ev)。一般来说，在低度原子有序排列的情况下，ingap的pl峰值波长还可短至640nm(eg＝1.94ev)，而为了避免因高度原子有序排列而产生强电场，ingap构成的集电极层的pl峰值波长是在667nm、666nm、664nm、662nm、660nm、658nm、656nm、
654nm、652nm、650nm或648nm以下。
104.图11是比较本发明的一实施例的hbt与惯用技术的hbt的集电极层的载流子浓度分布。集电极层的载流子浓度分布图是透过c
‑
v量测法量测。图12分别是比较本发明的一实施例的hbt与惯用技术的hbt的共发射极(common emitter)的电流
‑
电压(i
‑
v)特性。本发明一实施例与惯用技术的hbt皆形成如图4结构，两者仅在集电极层底层的ingap层原子排序程度有不同，即本发明实施例的ingap层的pl峰值波长是654nm(集电极层的底层)，而惯用技术的ingap层(集电极层的底层)的pl峰值波长则是668nm。
105.两者的集电极层的底层的ingap层的载流子浓度与厚度皆为1
×
1017/cm3及此外，两者的中间层的材料皆为gaas，且厚度与载流子浓度大约在与3
×
1018/cm3；顶层的材料皆为gaas，而厚度与载流子浓度大约在与1
×
1016/cm3。
106.如图11与图12所示，当集电极层的底层是低度有序排序的ingap层，顶层跟中间层之间的载流子浓度明显较多，且膝电压也明显较低。
107.图13是比较本发明的另一实施例的hbt与两个惯用技术的hbt的集电极层的载流子浓度分布。集电极层的载流子浓度分布图是透过c
‑
v量测法量测。图14是比较本发明的另一实施例的hbt与两个惯用技术的hbt的共发射极(common emitter)的电流
‑
电压(i
‑
v)特性。本发明另一实施例与两个惯用技术的hbt皆形成如图4结构，三者的差异仅在于集电极层底侧的ingap层原子排序程度不同，其中本发明实施例的ingap层的pl峰值波长是654nm(集电极层的底层)，而两个惯用技术的ingap层(集电极层的底层)的pl峰值波长则分别是668nm与670nm。
108.三者的集电极层底层的ingap层的载流子浓度与厚度皆为1
×
1017/cm3及此外，三者的中间层的材料皆为gaas，且厚度与载流子浓度大约在与1.5
×
1018/cm3；三者的顶层的材料皆为gaas，而厚度与载流子浓度大约在与8
×
1015/cm3。
109.如图13与图14所示，当集电极层的底层是低度有序排序的ingap层，即使中间层的掺杂浓度较低，顶层跟中间层之间的载流子浓度仍然明显较多，膝电压也仍然明显较低。
110.在一实施例中，高坚固性的hbt结构能进一步包括中间复合层(图未示)，中间复合层形成于衬底10与次集电极层20之间，并由半导体材料形成。
111.在一实施例中，中间复合层包括至少一层缓冲层，且缓冲层是由iii
‑
v族半导体材料形成。
112.在一实施例中，中间复合层包括场效晶体管。
113.在一实施例中，中间复合层包括假性高电子迁移率晶体管，假性高电子迁移率晶体管在衬底10上能依序形成(以下结构未示出)：至少一层缓冲层、第一掺杂层、第一间隔层、通道层、第二间隔层、第二掺杂层、肖特基层、刻蚀终止层及用于欧姆接触的一顶盖层；缓冲层是主要由iii
‑
v族半导体材料形成，第一掺杂层或第二掺杂层是主要由gaas、algaas、inalgap、ingap及ingaasp中的至少一种n型半导体材料形成；第一间隔层或第二间隔层是由gaas、algaas、inalgap、ingap及ingaasp中的至少一种半导体材料形成；通道层是由gaas、ingaas、algaas、inalgap、ingap及ingaasp中的至少一种半导体材料形成；肖特基层是由gaas、algaas、inalgap、ingap及ingaasp中的至少一种半导体材料形成；刻蚀终止层是由gaas、algaas、inalgap、ingaasp、ingap及alas中的至少一种半导体材料形成；顶盖层
是由n型iii
‑
v族半导体材料形成。
114.上文概述了若干实施例的特征，以便熟习此项技术的人可较佳地理解本专利的内容。熟习此项技术的人应了解，熟习此项技术的人可容易地使用本专利作为用于设计或变更其他工艺流程及结构的基础，此等其他工艺流程及结构用于执行本文引入的实施例达到相同目的和/或达成此等实施例的相同优点。熟习此项技术的人还应了解，此等同等构造不背离本案的精神及范畴；且熟习此项技术的人可在不背离本案的精神及范畴的情况下进行各种变化、替换或变更。