一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及双异质结双极晶体管(D皿T)技术领域，尤其是设及npn型InGaAs/ InP D皿T技术领域。
【背景技术】
[0002] 憐化铜基双异质结双极型晶体管（InP D皿T)能够同时具有较高的击穿电压和特 征频率，在高频、宽带W及光电集成电路领域里占有显著地位，在雷达、航天卫星、导弹制 导、通信系统、空间防御、高速智能化武器及电子对抗等领域得到了越来越广泛的应用。
[0003] InP DHBT主要包括I型InGaAs/InP和II型GaAsSb/InP两种技术，其中InGaAs/InP 结构的InP D皿T目前主要存在W下缺点：
[0004] 1)由于基区InGaAs和集电区InP界面处由于能带不连续而存在导带尖峰，导带尖 峰会阻碍电子由发射区到集电区的输运，使电子的渡越时间增长，产生电流阻塞效应，导致 器件频率降低；
[000引2)InP DHBT的基区材料一般采用InGaAs渗C，C的扩散系数很小，能够精确地控制 PN结的位置，但是C在InGaAs中属于两性渗杂元素，其既能提供电子，又能提供空穴，所W InP D皿T的基区InGaAs渗C很难得到高空穴浓度，会严重影响晶体管的性能，导致基区的串 联电阻增大，使器件的频率降低；
[0006] 3)基区厚度太大会导致电子在基区的复合变大，电子在基区的渡越时间变长，导 致器件的直流增益和频率降低。
[0007] 因此，为了获得更高频率性能的InP D皿T，有必要对上述技术问题做进一步研究 改进。 【实用新型内容】
[0008] 本实用新型要解决的技术问题是提供一种憐化铜基双异质结双极型晶体管外延 层结构，能够有效消除异质结界面处的导带尖峰，制成的晶体管具有更高的频率性能，具有 结构简单、制备难度低的优点。
[0009] 为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:一种憐化铜基双异质结 双极型晶体管外延层结构，自憐化铜衬底向上依次包括轻渗杂的N型憐化铜集电区层、能带 渐变层、重渗杂的P型铜嫁神基区层和N型憐化铜发射区层，所述能带渐变层为四层，其中能 带渐变层一至S为组分比例不同的N型InGaAsP材料，能带渐变层四为非渗的InGa〇.47As材 料，能带渐变层一、能带渐变层二和能带渐变层=的厚度均为20-40nm，能带渐变层四的厚 度为30-50nm。所述能带渐变层位于集电区层和基区层的结构如下表所示。
[0010]
[0011]所述集电区层的厚度为150-250nm，所述发射区层厚度为30-50nm。
[001引进一步地，所述基区层由多层构成，总厚度为20nm-40nm，所述基区层内各层为组 分比例不同的InGaAs材料，各层InGaAs材料自能带渐变层一侧向发射区层组分渐变，由 Ino.4日Gao.日日As渐变为Ino.日日Gao.4日As。基区层InGaAs中渗杂碳，其渗杂浓度为沈19-5E19。
[0013] 进一步地，所述集电区层与衬底之间设有次集电区层，所述次集电区层为渗杂Si 的N型InGaAs材料，厚度为300nm-500nm，渗杂浓度为祀18-2E19cnr3。
[0014] 进一步地，发射区层的上方依次设有发射区接触层和表面电极接触层;所述发射 区接触层为渗杂Si的N型InP材料，其厚度为100皿-200皿，渗杂浓度为祀18-2E19cm- 3;所述 表面电极接触层为渗杂Si的N型InGaAs材料，其厚度为50nm-150nm，渗杂浓度为5E18- 沈 19cm_3。
[0015] 所述衬底为半绝缘型InP材料，其厚度为620um。
[0016] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于:本实用新型采用四层结构的能带渐变 层，能够消除基区和集电区界面的导带尖峰，减小对电子运动的阻碍，提高器件频率。本实 用新型能带渐变层层数和层的厚度适中，适用于MOCVD生长，生产难度低，质量容易控制。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型外延层结构实施例的示意图；
[0018] 图2为本实用新型外延层结构的双极型晶体管实施例的测试I-V特性曲线；
[0019] 图3、图4为本实用新型外延层结构的双极型晶体管实施例的高频特性曲线。
[0020] 其中，1、衬底;2、次集电区层;3、集电区层;4、能带渐变层一;5、能带渐变层二;6、 能带渐变层=;7、能带渐变层四；8、基区层;9、发射区层；10、发射区接触层；11、表面电极接 触层。
【具体实施方式】
[0021] 下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步详细的说明。
[002引实施例
[0023] -种憐化铜基双异质结双极型晶体管外延层结构，见图1，衬底1为（100)晶面的半 绝缘型InP材料，厚度为620um，在晶体管结构中用于隔离器件，防止器件之间发生短路效 应，自衬底1向上依次设有轻渗杂的N型憐化铜集电区层3、能带渐变层、重渗杂的P型铜嫁神 基区层8和N型憐化铜发射区层9,各层结构见下表。
[0024]
[002引次集电区层2为集电区电极接触层，制作在衬底I上，次集电区层2为渗杂Si的N型 InGaAs,厚度为0.3-0.5um，渗杂浓度为祀18-2E19cnf3。高渗杂有利于实现良好的欧姆接触， 减小串联电阻。
[0026] 集电区层3为非渗的InP材料，目的是收集由发射区传来的电子；内部存在电场，使 电子加速;减小电容。InP材料代替了传统的InGaAs材料，提高了器件的击穿电压。
[0027] 能带渐变层采用四层结构，其中能带渐变层一4、能带渐变层二5、能带渐变层=6 为N型In(I-X)GaxAsyP(I-Y)材料，从集电区层3向基区层8,其各层之间的组分渐变，能带渐变层 四7为非渗的InGaxAs材料，各层具有不同的带隙宽度，起到导带平滑作用，消除基区和集电 区界面的导带尖峰，减小对电子运动的阻碍，提高器件频率。
[0028] 基区层SInGaAs中渗杂碳，其渗杂浓度为沈19-5E19,为在基区层8得到高空穴浓 度，基区层8由MOCVD生长完成后在氮气环境下进行原位退火，退火方式为降溫退火，退火溫 度从550°C降到400°C，时间为5min，使得基区层SInGaAs中的碳原子得到充分激活，获得高 渗杂浓度，减小了基区的电阻，提高了器件频率。
[0029] 基区层8厚度控制在20nm-40nm，窄基区厚度可W减小电子在基区的复合效应，减 小电子的渡越时间，提高器件增益和频率。
[0030] 基区层SInGaAs材料组分的比例在层内不均一，自能带渐变层一4侧向发射区层9 组分渐变，由Ino.4日Gao.日日As渐变为Ino.日日Gao.4日As。基区组分渐变能够在基区形成内部电场， 使电子加速，提高器件频率。
[0031] 发射区层9为N型InP材料，其作用是发射电子。
[0032] 发射区接触层10为为高渗的N型InP材料，高渗杂有利于实现良好的欧姆接触，减 小串联电阻。
[0033] 表面电极接触层11为高渗的N型InGaAs材料，高渗杂有利于实现良好的欧姆接触， 减小串联电阻，InGaAs材料可W减小电子的表面复合效应。
[0034] 对该外延层结构的双极型晶体管实施例测试I-V特性曲线：
[0035] 测试条件:Vce= [0，4]V,Step = O. IV;化=[0，100]uA,St邱=IOuA;Ve = OV;输出 基极电压Vbe,集电极电流Ice。
[0036] 测试谱图见图2,从图中能够看出其测试直流增益达到80。
[0037] 对该实施例外延层结构的双极型晶体管利用网络分析仪和Ic-cap分析软件来测 试器件的高频特性：
[003引测试频率范围：1E9化到4E10化。
[0039]测试谱图见图3和图4,其中曲线a为测试曲线，直线b为测试曲线a在其拐点处的延 长线，延长线与X轴的交点为频率特性数值。从图中能够看出其测试截止频率Ft达到 220G化，最大工作频率Fmax达到400G化。
【主权项】
1. 一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构，自磷化铟衬底（1)向上依次包括 轻掺杂的N型磷化铟集电区层(3)、能带渐变层、重掺杂的P型铟镓砷基区层(8)和N型磷化铟 发射区层(9)，其特征在于，所述能带渐变层为四层，其中能带渐变层一 (4)、能带渐变层二 (5)和能带渐变层三(6)为组分比例不同的N型InGaAsP材料，能带渐变层四（7)为非掺的 InGamAs材料，能带渐变层一（4)、能带渐变层二（5)和能带渐变层三(6)的厚度均为20-40nm，能带渐变层四（7)的厚度为30-50nm〇2. 根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述集电区层（3)的厚度为150-250nm，所述发射区层（9)厚度为30-50nm〇3. 根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述基区层(8)由多层构成，总厚度 为20nm-40nm，所述基区层(8)内各层为组分比例不同的InGaAs材料。4. 根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述集电区层(3)与衬底（1)之间设 有次集电区层(2)，所述次集电区层(2)为掺杂Si的N型InGaAs材料，厚度为300nm-500nm〇5. 根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，发射区层(9)的上方依次设有发射 区接触层（10)和表面电极接触层（11);所述发射区接触层（10)为掺杂Si的N型InP材料，其 厚度为l〇〇nm-200nm;所述表面电极接触层（11)为掺杂Si的N型InGaAs材料，其厚度为50nm-150nm〇6. 根据权利要求1所述的外延层结构，其特征在于，所述衬底（1)为半绝缘型InP材料， 其厚度为620um〇
【专利摘要】本实用新型涉及双异质结双极晶体管(DHBT)技术领域，尤其是涉及npn型InGaAs/InP？DHBT技术领域，具体公开了一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构，自磷化铟衬底向上依次包括轻掺杂的N型磷化铟集电区层、能带渐变层、重掺杂的P型铟镓砷基区层和N型磷化铟发射区层，能带渐变层为四层结构，能带渐变层一至三为N型In(1-x)GaxAsyP(1-y)材料，从集电区层向基区层，其各层之间的组分渐变，能带渐变层四为非掺的InGaxAs材料。本实用新型结构基区还具有更高的空穴浓度和更薄的厚度。本实用新型结构异质结界面处不存在导带尖峰，电子渡越时间更短，该结构制成的晶体管具有更高的频率性能。
【IPC分类】H01L29/06, H01L29/737
【公开号】CN205211759
【申请号】CN201521028024
【发明人】张宇, 陈宏泰, 车相辉, 林琳, 位永平, 王晶, 郝文嘉, 于浩
【申请人】中国电子科技集团公司第十三研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月10日