一种外延层结构，包括场效应晶体管结构和异质结双极晶体管结构。异质结双极晶体管结构包含与场效应晶体管结构组合形成的n掺杂次集电极和集电极，其中次集电极或集电极中至少一部分包含Sn、Te或Se。在一个实施方式中，基极形成在集电极上方；以及发射极形成在基极上方。双极晶体管和场效应晶体管每个独立地包含III-V半导体材料。
【技术实现步骤摘要】
相关_请本申请要求2011年6月23日提交的美国临时申请No. 61/500，546的权利。以上申请的全部教导通过引用结合于此。
技术介绍
砷化镓(GaAs)异质结双极晶体管(HBT)集成电路已发展成用于很多应用的重要技木，尤其是用于无线通信系统的功率放大器(PA)。未来需要期望具有更高集成水平的器件以改进性能或功能，减小封装尺寸，或降低成本。获得这种集成的ー个方法是将HBT PA与由GaAs赝晶高电子迁移率晶体管(pHEMT)形成的射频开关组合。 为了单片集成HBT和pHEMT器件，已使用双极高电子迁移率晶体管(BiHEMT)结构。典型的BiHEMT外延结构包括生长在HEMT外延层顶上的HBT外延层。BiHEMT的组合外延层结构很难生产并且可包括超过30个离散的层。这种外延层结构可通过例如生长技术(比如金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延(MBE))形成。可替换地，这些层的顺序可以颠倒并且在HBT的顶上生长HEMT是有利的。这些器件有时也被称为双极场效应晶体管(BiFET)。为了在BiHEMT结构中制造pHEMT器件，必需蚀刻或移除pHEMT层上的HBT层。由于在pHEMT表面和HBT表面之间大的高度差(典型地1-3 μ m)，这导致显著的器件加工难度。这个高度差的任何减少将有助于降低这些加工难度。HBT的次集电极层和集电极层是关注这些努力的明显选择因为它们构成高度差的大百分比。次集电极层典型地位于集电极层下面并且典型地以较高的掺杂密度生长。但是，应注意，此处使用术语“集电极”来指HBT的基极下面的集电极和次集电极层的整体，而术语“次集电极”是指图I所示的集电极下面的高掺杂的层。虽然希望集电极层变薄，但是这将减小晶体管击穿电压并降低器件健壮性。使次集电极层变薄增加了集电极薄层电阻和晶体管寄生电阻。通过增加次集电极中的掺杂，可以减小集电极薄层电阻。但是，大多数现有基于n-p-n GaAs的HBT次集电极外延层已掺杂接近上限(一般称为“饱和”)的硅Si。而且，由于生长附加层期间的退火影响，集电极和次集电极上的附加层(例如HBT的基极和发射极结构)的生长可以恶化GaAs: Si薄层电阻和电子浓度。这个退火可导致显著减小常规的硅掺杂的GaAs膜的电子浓度(相对于其原生值)。这些结果可以通过三个现象的交互来解释a)镓空穴的平衡浓度增加；b)镓空穴趋向于与硅施主原子形成复合物因此使掺杂剂原子不活跃；以及c)生长GaAs的生长条件对非平衡状态的影响。I因此需要ー种BiHEMT解决上述问题或使问题最小化。
技术实现思路
本专利技术提供了ー种BiHEMT外延层结构，包括场效应晶体管结构，其包括接触层，以及形成在场效应晶体管结构上方的异质结双极晶体管结构。异质结双极晶体管结构包含形成在场效应晶体管结构的接触层上方的η掺杂次集电极和集电极，其中次集电极和集电极中至少ー个每个独立地包括由锡Sn、碲Te和硒Se组成的组中的至少ー个成员。基极在集电极上方，并且发射极在基极上方，其中场效应晶体管结构和异质结双极晶体管的集电极和次集电极中至少ー个，以及场效应晶体管结构的接触层，每个独立地包含III-V半导体。集电极和次集电极和合适材料的示例包括GaAs、AlGaAs和InGaP。优选地，次集电极和集电极包括GaAs。而且，优选地，集电极和次集电极由相同材料形成，虽然它们可以由不同的材料形成。在优选的实施方式中，III-V半导体材料包括镓和神。集电极的厚度典型地在约5000 A到3 μ m之间。次集电极的厚度典型地在约3000 A到2 μ m之间。在另ー优选实施方式中，场效应晶体管是高电子迁移率晶体管。典型地，集电极中锡Sn、碲Te或硒Se掺杂剂的浓度在约IE 15cnT3(每立方厘米IxlO15浓度)到约5E 17cm_3之间。在另ー实施方式中,集电极可掺杂娃。在一个实施方式中，次集电极的至少一部分是η型，锡Sn、締Te或硒Se浓度大于IE 18cm_3,而在另ー实施方式中，次集电极的至少一部分是η型，电子浓度大于lE19cm_3。 在ー个优选实施方式中，从材料InGaP、AlInGaP或AlGaAs中选择发射极。在另ー优选实施方式中，基极掺杂碳，浓度为约IE 19cm—3到约7E 19cnT3。本专利技术还提供了用于形成双极高电子迁移率晶体管的方法，其中异质结双极晶体管通过其形成在场效应晶体管上；其中集电极层掺杂锡Sn、碲Te或硒Se。在ー个优选实施方式中，这些层由金属有机化学气相沉积形成。本专利技术提供了对BiHEMT结构的集电极和/或次集电极增加最大掺杂和减小最小薄层电阻限制的结构和方法。通过用锡Sn、碲Te或硒Se，包括这些的组合，掺杂集电极和次集电极层，可以减小由于GaAs = Si层的薄层电阻和电子浓度恶化的负面影响。产生的BiHEMT器件可展示出减小的次集电极厚度、使拓扑減少并改进器件加工，同时维持想要的低集电极薄层电阻。附图说明根据本专利技术的示例实施方式的以下更具体的说明，上面的描述将会更明白，如附图中所示，在不同视图中相同标号表示相同部件。图不需要按比例，重点在于说明本专利技术的实施方式。图I是BiHEMT外延层结构的示意图，示出了在同一晶片上的pHEMT和BiHEMT层的单片结合以及从这些外延层形成的HBT和pHEMT器件的表面之间的拓扑。图2A和2B是现有的GaAs = Si层的薄层电阻(图2A)和电子浓度(图2B)的图，示出了在退火时薄层电阻增加和电子浓度减小。X轴是总掺杂剂流，測量在外延层生长期间多少娃Si被引入反应器。图3A和3B是本专利技术的GaAs: Sn层的薄层电阻(图3A)和电子浓度(图3B)的图，示出了退火对薄层电阻和电子浓度相对于GaAs: Si (图2)的減少影响。X轴是总掺杂剂流，測量在外延层生长期间多少锡Sn被引入反应器。图4A和4B是本专利技术的GaAs: Te层的薄层电阻(图4A)和电子浓度(图4B)的图，示出了退火对薄层电阻和电子浓度相对于GaAs: Si (图2)和GaAs: Sn (图3)的减少影响。X轴是总掺杂剂流，測量在外延层生长期间多少碲Te被引入反应器。具体实施例方式以下是本专利技术的示例实施方式的说明。虽然已结合示例实施方式具体示出和说明了本专利技术，但是本领域技术人员将理解，可以做出对形式和细节的各种改变而不脱离所附权利要求包含的本专利技术的范围。图I是本专利技术的代表性BiHEMT外延层结构的示意图。注意，在器件制造期间HBT的层被移除以在基础层上形成pHEMT。这导致在HBT和pHEMT的表面之间的显著拓扑。在光刻步骤中这种拓扑可导致问题，尤其是对于pHEMT。对于pHEMT开关，最小特征典型地是栅电极以及需要精确光学以限定< Iym的尺度。BiHEMT晶片的拓扑可导致不均匀的光致抗蚀剂厚度和/或印刷栅极图案的光学系统的焦点深度问题。为了减轻这些问题中的一些，可能必须横向地使pHEMT与BiHEMT分离，但这会浪费芯片面积。应注意图I所示的层·是代表性的且已为了说明而简化。可以预期附加的层、分级的层和其他材料设计出现在典型的BiHEMT中。如图I所示，BiHEMT外延层结构10生长在衬底14上。在一个实施方式中，衬底14基本由砷化镓(GaAs)组成。缓冲层16在衬底14上方。在一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种外延层结构，包括：(a)场效应晶体管结构，其包括接触层；以及(b)形成在所述场效应晶体管结构上方的异质结双极晶体管结构，其中所述异质结双极晶体管结构包含i)形成在所述场效应晶体管结构的接触层上方的n掺杂次集电极ii)所述次集电极上方的集电极，其中次集电极和集电极中的至少一个每个独立地包括由锡Sn、碲Te和硒Se组成的组中的至少一个成员；iii)在所述集电极上方的基极，以及iv)在所述基极上方的发射极；其中所述异质结双极晶体管结构的集电极和次集电极中至少一个，以及所述场效应晶体管结构的接触层，每个独立地包含III？V半导体材料。
【技术特征摘要】
2011.06.23 US 61/500,5461.一种外延层结构，包括 (a)场效应晶体管结构，其包括接触层；以及 (b)形成在所述场效应晶体管结构上方的异质结双极晶体管结构，其中所述异质结双极晶体管结构包含 i)形成在所述场效应晶体管结构的接触层上方的η掺杂次集电极 )所述次集电极上方的集电极，其中次集电极和集电极中的至少一个每个独立地包括由锡Sn、碲Te和硒Se组成的组中的至少一个成员； iii)在所述集电极上方的基极，以及 iv)在所述基极上方的发射极； 其中所述异质结双极晶体管结构的集电极和次集电极中至少一个，以及所述场效应晶体管结构的接触层，每个独立地包含III-V半导体材料。2.根据权利要求I所述的外延层结构，其中所述III-V半导体材料包括镓和砷。3.根据权利要求I所述的外延层结构，其中所述场效应晶体管是高电子迁移率晶体管。...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·斯蒂文斯，C·路茨，
申请(专利权)人：寇平公司，
类型：发明
国别省市：
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