[发明专利]一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构

说明书

本发明涉及双异质结双极晶体管(DHBT)技术领域，尤其是涉及npn型InGaAs/InP DHBT技术领域，具体公开了一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构，自磷化铟衬底向上依次包括轻掺杂的N型磷化铟集电区层、能带渐变层、重掺杂的P型铟镓砷基区层和N型磷化铟发射区层，能带渐变层为四层结构，能带渐变层一至三为N型In_(1‑x)Ga_xAs_yP_(1‑y)材料，从集电区层向基区层，其各层之间的组分渐变，能带渐变层四为非掺的InGa_xAs材料。本发明结构基区还具有更高的空穴浓度和更薄的厚度。本发明结构异质结界面处不存在导带尖峰，电子渡越时间更短，该结构制成的晶体管具有更高的频率性能。

技术领域

本发明涉及双异质结双极晶体管(DHBT)技术领域，尤其是涉及npn型InGaAs/InPDHBT技术领域。

背景技术

磷化铟基双异质结双极型晶体管(InP DHBT)能够同时具有较高的击穿电压和特征频率，在高频、宽带以及光电集成电路领域里占有显著地位，在雷达、航天卫星、导弹制导、通信系统、空间防御、高速智能化武器及电子对抗等领域得到了越来越广泛的应用。

InP DHBT主要包括I型InGaAs/InP和II型GaAsSb/InP两种技术，其中InGaAs/InP结构的InP DHBT目前主要存在以下缺点：

1)由于基区InGaAs和集电区InP界面处由于能带不连续而存在导带尖峰，导带尖峰会阻碍电子由发射区到集电区的输运，使电子的渡越时间增长，产生电流阻塞效应，导致器件频率降低；

2)InP DHBT的基区材料一般采用InGaAs掺C，C的扩散系数很小，能够精确地控制PN结的位置，但是C在InGaAs中属于两性掺杂元素，其既能提供电子，又能提供空穴，所以InP DHBT的基区InGaAs掺C很难得到高空穴浓度，会严重影响晶体管的性能，导致基区的串联电阻增大，使器件的频率降低；

3)基区厚度太大会导致电子在基区的复合变大，电子在基区的渡越时间变长，导致器件的直流增益和频率降低。

因此，为了获得更高频率性能的InP DHBT，有必要对上述技术问题做进一步研究改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构，异质结界面处不存在导带尖峰，电子渡越时间更短，该结构制成的晶体管具有更高的频率性能。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种磷化铟基双异质结双极型晶体管外延层结构，自磷化铟衬底向上依次包括轻掺杂的N型磷化铟集电区层、能带渐变层、重掺杂的P型铟镓砷基区层和N型磷化铟发射区层，所述能带渐变层为四层，其位于集电区层和基区层之间的结构如下表所示，

进一步地，所述基区层InGaAs中掺杂碳，其掺杂浓度为2E19-5E19cm^-3。

进一步地，所述基区层由MOCVD生长完成后在氮气环境下进行原位退火，退火方式为降温退火，退火温度从550℃降到400℃，时间为5min。

进一步地，所述基区层厚度为20nm-40nm，其InGaAs材料自能带渐变层一侧向发射区层组分渐变，由In_0.55Ga_0.45As渐变为In_0.45Ga_0.55As。

进一步地，所述集电区层与衬底之间设有次集电区层，所述次集电区层为掺杂Si的N型InGaAs，厚度为0.3-0.5um，掺杂浓度为5E18-2E19cm^-3。