[发明专利]双极高电子迁移率晶体管及其形成方法

说明书

相关申请

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。

背景技术

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术，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。获得这种集成的一个方法是将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1-3μm)，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1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。

【1】

因此需要一种BiHEMT解决上述问题或使问题最小化。

发明内容

本发明提供了一种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n掺杂次集电极和集电极，其中次集电极和集电极中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。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一个，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砷。集电极的厚度典型地在约到3μm之间。次集电极的厚度典型地在约到2μm之间。在另一优选实施方式中，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1E 15cm^-3(每立方厘米1x10¹⁵浓度)到约5E 17cm^-3之间。在另一实施方式中，集电极可掺杂硅。在一个实施方式中，次集电极的至少一部分是n型，锡Sn、碲Te或硒Se浓度大于1E 18cm^-3，而在另一实施方式中，次集电极的至少一部分是n型，电子浓度大于1E19cm^-3。

在一个优选实施方式中，从材料InGaP、AlInGaP或AlGaAs中选择发射极。在另一优选实施方式中，基极掺杂碳，浓度为约1E 19cm^-3到约7E 19cm^-3。