定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构制造技术

一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构，是直接或间接成长在(100)朝向(111)B面倾斜的砷化镓基板上，包含在基板上由下而上依序堆栈的次集极层、集极层、基极层、射极层，射极盖层及欧姆接触层，其中射极层为N型能隙大于基极层的III-V族半导体。此外，还可进一步包含夹在集极层及基极层之间的穿隧集极层，是由磷化铟镓(InGaP)或砷磷化铟镓(InGaAsP)形成。本发明专利技术是在(100)朝向(111)B面倾斜的砷化镓基板上成长，倾斜的角度为0.6°～25°，皆能在一般制程范围内轻易达成，使铟与镓在<111>方向上达到很有序的排列，缩小基极-射极接面与基极-穿隧集极接面导电带的不连续，增进整体电气特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)结构，尤其是在GaAs的基板上依据特定的磊晶方向形成InGaP的穿隧集极层或/及射极层。
技术介绍
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(ΔEV)，使得射极注入效率(Emitter Injection Efficiency)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。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)。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。
技术实现思路
本专利技术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(111)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(111)B(即(1-11)或(11-1))面的GaAs基板上直接或间接成长III-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。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III-V族半导体。由于磊晶是在(100)朝向(111)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(electron affinity)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(conduction band)的不连续，可降低异质接面双极性晶体管的导通电压(turn-on voltage)与补偏电压(offset voltage，VOS)，也同时能改善集极电流阻挡效应(current blocking 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。附图说明图1为本专利技术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。图2为本专利技术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。图3为本专利技术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。图4为本专利技术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。图5(a)为本专利技术中的异质接面双极性晶体管能带示意图。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。图6(a)为本专利技术与现有技术的异质接面双极性晶体管的I-V电气特性图。图6(b)为本专利技术与现有技术的异质接面双极性晶体管的Ic-Vce电气特性图。其中，附图标记说明如下：10   基板15   中间复合层20   次集极层30   集极层35   穿隧集极层40   基极层50   射极层60   射极盖层70   欧姆接触层具体实施方式以下配合附图及附图标记对本专利技术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。参考图1，本专利技术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，本专利技术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III-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(111)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III-V族半导体形成；基极层40是堆栈在集极层30上，并由P型III-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III-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III-V族半导体形成。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。由于基板10是由(100)朝向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，包括：一次集极层，是由N型III‑V族半导体形成，并堆栈在一基板上，其中该基板为砷化镓，且是由(100)朝向(111)B面方向倾斜，而倾斜的角度为0.6°～25°；一集极层，是堆栈在该次集极层上，并由N型III‑V族半导体形成；一基极层，是堆栈在该集极层上，并由P型III‑V族半导体形成；一射极层，是堆栈在该基极层上，并由N型InGaP或InGaAsP形成；一射极盖层，是堆栈在该射极层上，并由N型III‑V族半导体形成；以及一欧姆接触层，是堆栈在该射极盖层上，并由N型III‑V族半导体形成。

【技术特征摘要】
2014.03.07 TW 1031079661.一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，包括：
一次集极层，是由N型III-V族半导体形成，并堆栈在一基板上，其中
该基板为砷化镓，且是由(100)朝向(111)B面方向倾斜，而倾斜的角度为
0.6°～25°；
一集极层，是堆栈在该次集极层上，并由N型III-V族半导体形成；
一基极层，是堆栈在该集极层上，并由P型III-V族半导体形成；
一射极层，是堆栈在该基极层上，并由N型InGaP或InGaAsP形成；
一射极盖层，是堆栈在该射极层上，并由N型III-V族半导体形成；以
及
一欧姆接触层，是堆栈在该射极盖层上，并由N型III-V族半导体形成。
2.依据权利要求1所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，该
集极层为N型GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaP及InGaAsP的至少其中之一
形成，该基极层是由P型GaAs、InGaAs、InGaAsN及GaAsSb的至少其中之
一形成，该射极盖层为N型GaAs、InGaP、InGaAsP及AlGaAs的至少其中
之一形成，该欧姆接触层为N型GaAs及InGaAs的至少其中之一形成。
3.依据权利要求1所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，进
一步包括至少一薄层，且该薄层的导电带等于及/或低于该射极层的导电带，
并位于该射极层及该基极层之间，其中该薄层由III-V族半导体形成，且该薄
层的总厚度介于1埃～1000埃之间。
4.依据权利要求3所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，该
薄层由AlGaAs、InGaP、InGaAsP、GaAs、GaAsP、InGaAs、GaAsSb及InGaAsN
的至少其中之一形成。
5.一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，包括：
一次集极层，是由N型III-V族半导体形成，并堆栈在一基板上，其中
该基板为砷化镓，且是由(100)朝向(111)B面方向倾斜，而倾斜的角度为
0.6°～25°；
一集极层，是堆栈在该次集极层上，并由N型III-V族半导体形成；
一穿隧集极层，是堆栈在该集极层上，并由InGaP或InGaAsP形成；
一基极层，是堆栈在该穿隧集极层上，并由P型III-V族半导体形成；
一射极层，是堆栈在该基极层上，并由N型能隙大于基极层的III-V族
半导体形成；
一射极盖层，是堆栈在该射极层上，并由N型III-V族半导体形成；以
及
一欧姆接触层，是堆栈在该射极盖层上，并由N型III-V族半导体形成。
6.依据权利要求5所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，该
集极层为N型GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaP及InGaAsP的至少其中之一
形成，该基极层是由P型GaAs、InGaAs、InGaAsN及GaAsSb的至少其中之
一形成，该射极层为N型InGaP、InGaAsP及AlGaAs的至少其中之一形成，
且该穿隧集极层的厚度为1nm～30nm，而该射极盖层为N型GaAs、InGaP、
InGaAsP及AlGaAs的至少其中之一形成，该欧姆接触层为N型GaAs及
InGaAs的至少其中之一形成。
7.依据权利要求5所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，进
一步包括至少一薄层，位于该穿隧集极层及该基极层之间，由III-V族半导体
形成，其导电带等于及/或低于该穿隧集极层的导电带，且该薄层的总厚度介
于1埃～1000埃之间，及/或包括至少一薄层，位于该射极层与该基极层之间，
由III-V族半导体形成，其导电带等于及/或低于该射极层的导电带，且该薄
层的总厚度介于1埃～1000埃之间。
8.依据权利要求7所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，该
薄层由AlGaAs、InGaP、InGaAsP、GaAs、GaAsP、InGaAs、GaAsSb及InGaAsN
的至少其中之一形成。
9.一种定向磊晶的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，包括：
一中间复合层，是由半导体材料形成，并堆栈在一基板上，其中该基板
为砷化镓，且是由(100)朝向(111)B面方向倾斜，而倾斜的角度为0.6°～25°；
一次集极层，是由N型III-V族半导体形成，并堆栈在该中间复合层上；
一集极层，是堆栈在该次集极层上，并由N型III-V族半导体形成；
一基极层，是堆栈在该集极层上，并由P型III-V族半导体形成；
一射极层，是堆栈在该基极层上，并由N型InGaP或InGaAsP形成；
一射极盖层，是堆栈在该射极层上，并由N型III-V族半导体形成；以

\t及
一欧姆接触层，是堆栈在该射极盖层上，并由N型III-V族半导体形成。
10.依据权利要求9所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，
该中间复合层包括至少一缓冲层，且该缓冲层是由III-V族半导体形成。
11.依据权利要求9所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，
该中间复合层包括一场效晶体管。
12.依据权利要求9所述的异质接面双极性晶体管结构，其特征在于，
该中间复合层包括一假性高电子迁移率晶体管，且该假性高电子迁移率晶体
管包含在该基板上由下到上依序堆栈的至少一缓冲层、一第一掺杂层、一第
一间隔层、一通道层、一第二间隔层、一第二掺杂层、一萧特基层、一蚀刻
终止层，以及一用于欧姆接触的顶盖层，且...

【专利技术属性】
技术研发人员：金宇中，黄朝兴，曾敏男，
申请(专利权)人：全新光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71