高坚固性的异质结双极型晶体管制造技术

本发明专利技术提供了一种高坚固性的异质结双极型晶体管，包括集电极层；集电极层包括InGaP层或宽能隙层，其中InGaP层的能隙大于1.86eV。其中InGaP层的能隙大于1.86eV。其中InGaP层的能隙大于1.86eV。

High solid heterojunction bipolar transistor

【技术实现步骤摘要】
高坚固性的异质结双极型晶体管


[0001]本专利技术涉及双极型晶体管，尤其是一种高坚固性的异质结双极型晶体管。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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)。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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
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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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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
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电流曲线的膝电压上升。
[0010]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。
[0011]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
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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。

技术实现思路

[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]根据本专利技术的一个观点，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
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V族半导体材料；基极层，位于所述集电极层上，包括III
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V族半导体材料；以及发射极层，位于所述基极层上，包括III
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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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]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。
[0022]优选地，所述中间层是N型掺杂。
[0023]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。
[0024]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一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
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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。2.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。6.根据权利要求5所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。7.根据权利要求5所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，所述中间层是N型掺杂。8.根据权利要求5所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。9.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。10.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。11.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。12.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，所述InGaP层是N型掺杂。13.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。14.根据权利要求1所述的高坚固性的异质结双极型晶体管，其特征在于，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。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄朝兴，金宇中，陈凯伦，
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：