本发明专利技术的双极晶体管包括由ｎ－型半导体制成的集电极层和在该集电极层上由ｎ－型半导体制成的发射极层。在发射极层上提供用于注入ｐ－型载流子（空穴）到发射极层的栅极层。在集电极层和发射极层之间形成ｐ－型载流子保留层。ｐ－型载流子保留层临时保留从栅极层注入到发射极层的ｐ－型载流子和在发射极层中扩散并到达ｐ－型载流子保留层。双极晶体管具有其性能不被基极层的表面电阻影响的结构，而且甚至在高频率区也能有高电流增益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及双极晶体管，更具体地说，涉及包含III族元素和氮(N)的化合物半导体作为材料的双极晶体管。
技术介绍
作为一种类型的双极晶体管包含III族元素和氮(N)的化合物半导体作为材料，由氮化镓/氮化铝镓(GaN/AlGaN)材料制造的HBT(异质结双极晶体管)是公知的(参考JP2002-368005A)。在半绝缘衬底上表面上的HBT具有n+-氮化镓(GaN)子集电极层(厚度～1000nm，作为n-型掺杂剂的硅(Si)浓度是～6×1018cm-3)、在该子集电极层的上表面中心区中形成n-GaN集电极层、由AlGaN/GaN交替层制成的基极层(超晶格)(总厚度是150nm，每个GaN层的厚度是～3nm，未掺杂，每个AlGaN层的厚度是～1nm，这里作为P-型掺杂剂的Mg浓度是～1×1019cm-3)和该基极层上表面的中心区中形成的AlGaN发射极层(厚度150nm，作为n-型杂质的Si的浓度～6×1018cm-3)，其中半绝缘衬底由例如蓝宝石或碳化硅(SiC)制成。在对应于集电极层的两侧的子集电极层上表面的每个区中形成集电极。在对应于发射极层的两侧的基极层上表面的每个区中形成基极。在发射极层上形成发射极。如上面现有技术的实例中所述，通常考虑在III-N化合物半导体中使用掺杂剂，n-型掺杂剂是硅，以及P-型掺杂剂是Mg。然而，在III-N化合物半导体中，Mg的激活率低，以及空穴迁移率低。因此，P-型基极层的表面电阻变高。例如，在GaN制成的均匀基极层中，即使将作为P-型掺杂剂的Mg的受主浓度设为高达5×1019cm-3，也仅引起约8×1017cm-3的空穴浓度。因此，基极层的表面电阻达到100KΩ/□的高值。在JP2002-368005A的HBT中的超晶格基极层也具有同样的情况。因此，常规HBT有基极电阻rb变高，在高频区功率增益低的问题。具有均匀基极层的HBT的高频区中，在频率f的单边(unilateral)功率增益(通过符号U(f)表示)通过以下等式(2)表示U(f)＝fT/(8∏rbCcf2)(1)其中fT表示电流增益截止频率，rb表示基极电阻值和Cc表示集电极电容。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种双极晶体管，其具有其性能不被基极层的表面电阻影响的结构，而且甚至在高频区中也能有高电流增益。本专利技术的另一个目的是通过提供一种甚至在高频率区中也有高电流增益的双极晶体管而提供低功耗的电子装置(特别是用于移动电话的基站、用于无线LAN的基站等)。为了解决上述问题，本专利技术的双极晶体管包括第一导电类型半导体制成的集电极层；在集电极层上提供的第一导电类型半导体制成的发射极层；设置在发射极层上并用于把第二导电类型载流子注入发射极层的栅极层；以及在集电极层和发射极层之间形成的第二导电类型载流子保留层，该层临时保留从栅极层注入到发射极层和在发射极层扩散并到达载流子保留层的第二导电类型载流子。在这种情况下，“第一导电类型”表示n-型和p-型中的一个，“第二导电类型”表示n-型和p-型中的另一个。“第一导电类型半导体”表示作为母体材料的半导体用第一导电类型杂质掺杂，从而用作第一导电类型。类似，“第二导电类型半导体”表示作为母体材料的半导体用第二导电类型杂质掺杂，从而用作第二导电类型。此外，操作第二导电类型载流子保留层以“临时保留”第二导电类型载流子是指，至少在扩散穿过发射极层并到达第二导电类型载流子保留层的第二导电类型载流子与从发射极层注入到第二导电类型载流子保留层的第一导电类型载流子复合(recombine)期间，该层保留第二导电类型载流子。在本专利技术的双极晶体管中，在操作(operation)期间，在栅极层和发射极层之间施加正向偏压，从而第二导电类型载流子从栅极层注入到发射极层。从栅极层注入发射极层的第二导电类型载流子主要在垂直于该发射极层(该方向称为“纵向”)的方向上在发射极层中扩散并到达第二导电类型载流子保留层。然后，第二导电类型载流子保留在第二导电类型载流子保留层中，而且在第二导电类型载流子保留层中的第二导电类型载流子过量，从而在发射极层和第二导电类型载流子保留层之间建立正向偏压状态。因而引起从发射极层向下第二导电类型载流子保留层注入第一导电类型载流子。然后，保留在第二导电类型载流子保留层中的过量第二导电类型载流子全部与(一部分)注入的第一导电类型载流子复合。这时，从发射极层向第二导电类型载流子保留层注入的第一导电类型载流子的大部分从第二导电类型载流子保留层中通过并到达集电极层。即，第一导电类型载流子通过第二导电类型载流子保留层，从发射极层纵向流入到集电极层。晶体管如上所述操作。如上所述，本专利技术的双极晶体管中，从栅极层注入发射极层的第二导电类型载流子在发射极层中主要以纵向扩散并到达第二导电类型载流子保留层。即，在本专利技术的双极晶体管中，第二导电类型载流子在平行于层方向的方向(横向)上基本没有移动，不同于常规HBT，不需要该操作。从而，不同于常规HBT，本专利技术双极晶体管的性能不被基极层的表面电阻影响。因此，甚至在高频率区中本专利技术的双极晶体管也能有高电流增益。在该双极晶体管的一个实施方案中，在确定的衬底上形成集电极层。在该双极晶体管的这个实施方案中，因为衬底具有机械强度，所以变得容易制造和处理该双极晶体管。由例如蓝宝石或碳化硅(SiC)制得的半绝缘衬底可列举为衬底。该双极晶体管的一个实施方案包括由第一导电类型半导体制成的子集电极层，沿着衬底在集电极层和衬底之间形成子集电极层并用浓度比集电极层高的第一导电类型杂质掺杂。在该双极晶体管的一个实施方案中，用浓度比集电极层高的第一导电类型杂质掺杂子集电极层。因此，通过提供与子集电极层接触的集电极，容易实现与集电极的欧姆接触。而且，因为子集电极层的电阻变得比集电极层的电阻更低，所以全部集电极(集电极层和子集电极层)的串联电阻减小。而且，因为集电极层能有低电阻，所以耐压提高，输出电容减小。因此，改善了双极晶体管的性能。在该双极晶体管的一个实施方案中，在子集电极层上的部分区中形成集电极层，对应于集电极层的一侧在子集电极层的上表面区中提供集电极，在发射极层上的部分区中形成栅极层，对应于栅极层的一侧在发射极层的上表面区中提供发射极，和在栅极层上提供栅极。在该双极晶体管的这个实施方案中，在操作期间连接外部电路以把相应的预定偏压施加到集电极、发射极和栅极。通过把相应的预定偏压施加到集电极、发射极和栅极，容易实现上述晶体管的操作。在该双极晶体管的一个实施方案中，发射极层的能带隙比栅极层的能带隙窄。在该双极晶体管的这个实施方案中，发射极层的能带隙比栅极层的能带隙窄，因此，从栅极层到发射极层的第二导电类型载流子的注入效率增加。因此，该双极晶体管的性能进一步改善。在该双极晶体管的一个实施方案中，第二导电类型载流子保留层是由第二导电类型半导体制成的基极层。在该双极晶体管的这个实施方案中，第二导电类型载流子保留层是由第二导电类型半导体制成的基极层，因此其容易通过公知的结晶生长方法形成。简而言之，按集电极层、基极层和发射极层的次序层压各半导体层是适当的。如果加工成同样图案，这三层足够了。在该双极晶体管的一个实施方案中，基极层的能带隙比发射极层的能带隙窄。在该双极晶体管的这个实施方案中本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种双极晶体管，包括：由第一导电类型半导体制成的集电极层；在集电极层上提供的由第一导电类型半导体制成的发射极层；在发射极层上提供并用于注入第二导电类型载流子到发射极层的栅极层；以及在集电极层和发射极层之间形成 第二导电类型载流子保留层，该层临时保留从栅极层注入到发射极层并在发射极层扩散且到达载流子保留层的第二导电类型载流子。
【技术特征摘要】
JP 2003-11-28 399025/03;JP 2004-11-8 323844/041.一种双极晶体管，包括由第一导电类型半导体制成的集电极层；在集电极层上提供的由第一导电类型半导体制成的发射极层；在发射极层上提供并用于注入第二导电类型载流子到发射极层的栅极层；以及在集电极层和发射极层之间形成第二导电类型载流子保留层，该层临时保留从栅极层注入到发射极层并在发射极层扩散且到达载流子保留层的第二导电类型载流子。2.权利要求1的双极晶体管，其中在确定的衬底上形成集电极层。3.权利要求2的双极晶体管，包括沿着衬底在集电极层和衬底之间形成的由第一导电类型半导体制成的子集电极层，用比集电极层浓度更高的第一导电类型杂质掺杂该子集电极层。4.权利要求3的双极晶体管，其中在子集电极层上的部分区中形成集电极层，在对应于集电极层侧的子集电极层的上表面区中提供集电极，在发射极层部分区中形成栅极层，在对应于栅极层侧的发射极层的上表面区中提供发射极，以及在栅极层上提供栅极。5.权利要求1的双极晶体管，其中发射极层能带隙比栅极层能带隙窄。...
【专利技术属性】
技术研发人员：约翰K特怀纳姆，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。