定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明有关一种定向嘉晶的异质接面双极性晶体管(Heterojunct1n BipolarTransistor, HBT)结构,尤其是在GaAs的基板上依据特定的嘉晶方向形成InGaP的穿隧集极层或/及射极层。
【背景技术】
[0002]异质接面双极性晶体管(HBT)是利用不同半导体材料构成射极及基极，并在射极及基极的接面处形成异质接面，其好处在于基极流向射极的电洞流因为较难跨越基极与射极之间的价电带(valance band)位障(Δ Ev),使得射极注入效率(Emitter Inject1nEfficiency)提高，进而在较高基极参杂下提高电流增益。当HBT作为功率放大器用于手持式装置时，功率放大器的效率显得格外重要，在HBT组件上影响效率的参数主要为膝电压与导通电压，因此降低膝电压与导通电压是一门重要的课题。
[0003]现有技术是在(100)面或(100)朝(110)面倾斜2°的GaAs基板上，成长异质接面双极性晶体管，基极最常用的半导体材料砷化镓(GaAs)而射极及穿隧集极最常用的半导体材料为磷化铟镓(InGaP)。由于磷化铟镓成长于(100)或(100)朝(110)倾斜2°的GaAs基板上无法使铟与镓在〈111〉方向上达到很有序的排列，造成磷化铟镓(InGaP)的电子亲和力(electron affinity)始终小于或远远小于砷化镓(GaAs)的电子亲和力，因此形成基极-射极接面与基极-穿隧集极接面导电带的不连续，造成HBT有较高的导通电压，也同时造成集极电流阻挡效应，增加膝电压(knee voltage)，不利于HBT PA的效率(PAE)。
[0004]因此，需要一种成长于不同倾斜面的异质接面双极性晶体管结构，当磷化铟镓或砷磷化铟镓用于射极层或/及穿隧集极层时具有较大的电子亲和力或较小的能隙进而降低基极-射极接面或/及基极-穿隧集极接面导电带的不连续，以降低异质接面双极性晶体管的导通电压与补偏电压(offset voltage),也同时改善集极电流阻挡效应，降低膝电压(knee voltage)，增加HBT PA的效率(PAE)，增进整体电气特性。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的在提供一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构，尤其是一种成长于(100)朝向(Ill)B面GaAs基板上的异质接面双极性晶体管结构，主要是在(100)朝向(Ill)B(即(1-11)或(11-1))面的GaAs基板上直接或间接成长II1-V族半导体所构成的异质接面双极性晶体管(HBT)，包括依序堆栈的次集极层(Sub-collector)、集极层(Collector)、穿隧集极层(Tunneling Collector)、基极层(Base)、射极层(Emitter),射极盖层(Emitter Cap)以及欧姆接触层。
[0006]具体而言，穿隧集极层为磷化铟镓或砷磷化铟镓，射极层为N型能隙大于基极层的II1-V族半导体。由于磊晶是在(100)朝向(Ill)B的基板上进行，因而磷化铟镓(InGaP)或砷磷化铟镓(InGaAsP)中的铟与镓在〈111〉方向上有序成长(ordering effect),使得磷化铟镓或砷磷化铟镓用于射极层或/及穿隧集极层具有较大的电子亲和力(electronaffinity)或较小的能隙，进而降低基极-射极接面或/及基极-穿隧集极接面导电带(conduct1n band)的不连续，可降低异质接面双极性晶体管的导通电压(turn-onvoltage)与补偏电压(offset voltage, VOS),也同时能改善集极电流阻挡效应(currentblocking effect),降低膝电压(knee voltage, VKEE),增加HBT功率放大器(PA)的效率(PAE)，增进整体电气特性。
【附图说明】
[0007]图1为本发明第一实施例定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构的示意图。
[0008]图2为本发明第二实施例定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构的示意图。
[0009]图3为本发明第三实施例定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构的示意图。
[0010]图4为本发明第四实施例定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构的示意图。
[0011]图5(a)为本发明中的异质接面双极性晶体管能带示意图。
[0012]图5(b)为现有技术中异质接面双极性晶体管的能带示意图。
[0013]图6(a)为本发明与现有技术的异质接面双极性晶体管的1-V电气特性图。
[0014]图6(b)为本发明与现有技术的异质接面双极性晶体管的Ic-Vce电气特性图。
[0015]其中，附图标记说明如下:
[0016]10 基板
[0017]15 中间复合层
[0018]20 次集极层
[0019]30 集极层
[0020]35 穿隧集极层
[0021]40 基极层
[0022]50 射极层
[0023]60 射极盖层
[0024]70 欧姆接触层
【具体实施方式】
[0025]以下配合附图及附图标记对本发明的实施方式做更详细的说明，使熟习本领域的技术人员在研读本说明书后能据以实施。
[0026]参考图1，本发明第一实施例定向磊晶的异质接面双极性晶体管(HBT)结构的示意图。如图1所示，本发明的定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构包括在基板10上由下而上依序堆栈的次集极层20、集极层30、基极层40、射极层50、射极盖层(Emitter Cap) 60以及欧姆接触层70，其中次集极层20是由N型II1-V族半导体形成，并堆栈在基板10上，尤其是，基板10是由砷化嫁(GaAs)形成，且是由(100)朝向(Ill)B面方向倾斜,而倾斜的角度为0.6°?25。。此外，集极层30是堆栈在次集极层20上，并由N型II1-V族半导体形成；基极层40是堆栈在集极层30上，并由P型II1-V族半导体形成；射极层50是堆栈在基极层40上，并由N型InGaP或InGaAsP形成；射极盖层60是堆栈在射极层50上，并由N型II1-V族半导体形成，而欧姆接触层70是堆栈在射极盖层60上，并由N型II1-V族半导体形成。
[0027]具体而言，集极层30可为N型砷化镓(GaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化铟镓(InGaP)及砷磷化铟镓(InGaAsP)的至少其中之一形成，基极层40是由P型GaAs、砷化铟镓(InGaAs)、氮砷化铟镓(InGaAsN)及砷锑化镓(GaAsSb)的至少其中之一形成，射极盖层60可为N型GaAs、InGaP、InGaAsP及AlGaAs的至少其中之一形成,而欧姆接触层70可为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面方向倾斜，因此可改善上述磊晶层的晶格结构，形成更加规则的晶格排列，减少晶格缺陷，并降低导电带(Conduct1n Band)及提高价电带(Valence Band),进而缩小能隙(Band Gap)。
[0029]此外，可进一步包括至少一薄层(图中未显示)，并位于射极层50及基极层40之间，且可由II1-V族半导体形成，尤其是，薄层的导电带等于及/或低于射极层50的导电带，且薄层的总厚度是介于I埃(I埃=IX1-10Hi)?1000埃之间。更加具体而言，薄层可由 AlGaAs、InGaP、InGaAsP、GaAs、GaAsP、InGaAs、GaAsSb 及 InGaAsN 的至少其中之一形成。
[0030]进一步参考图2，本发明第二实施例定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构的示意图，其中第二实施例的定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构包括在基板10上由下而上依序堆栈的次集极层20、集极层30、穿隧集极层35、基极层40、射极层50、射极盖层(Emitter Cap) 60以及欧姆接触层70，其中次集极层20是由N型II1-V族半导体形成，并堆栈在基板10上，尤其是，基板10是由砷化镓(GaAs)形成，且是由(100)朝向(Ill)B面方向倾斜，而倾斜的角度为0.6°?25。。
[0031]要注意的是，图2的第二实施例是类似于图1的第一实施例，其主要的差异点在于，第二实施例额外包含穿隧集极层35，且设置于集极层30及基极层40之间，而且穿隧集极层35由InGaP或InGaAsP形成,此外,可进一步包括至少一薄层(图中未显示)，并位于穿隧集极层35及基极层40之间，且可由II1-V族半导体形成，尤其是，薄层的导电带等于及/或低于穿隧集极层35的导电带，且薄层的总厚度是介于I埃?1000埃之间。更加具体而言，薄层可由 AlGaAs、InGaP、InGaAsP、G