[发明专利]磷化铟双异质结双极型晶体管

说明书

本发明涉及一种磷化铟双异质结双极型晶体管，属于半导体器件技术领域。本发明公开的磷化铟双异质结双极型晶体管结构，在磷化铟衬底上采用应变铟砷磷过渡区消除了铟镓砷基区与磷化铟集电区之间的导带势垒，构建出无电子阻挡效应的双异质结双极型晶体管，提升了所述晶体管在频率、增益与击穿电压方面的电学性能。

技术领域

本发明具体涉及一种磷化铟双异质结双极型晶体管结构，属于半导体器件技术领域。

背景技术

磷化铟异质结双极型晶体管(Indium Phosphide Heterojunction BipolarTransistor,InP HBT)具有超高频、高效率、高线性、单电源工作等优点，广泛应用于高频测试仪器、光通信、雷达、高可靠电子系统等领域。为了提高磷化铟异质结双极型晶体管的击穿电压，需要采用宽带隙的磷化铟材料来制作集电区，构建双异质结双极晶体管(DHBT)。然而常规磷化铟NPN型DHBT采用重掺杂P型铟镓砷(InGaAs)作为基区，由于其导带的能级低于磷化铟(InP)，因此直接采用磷化铟(InP)作为集电区时会在基区与集电区界面处形成电子阻挡效应，导致磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)的电学性能严重退化。

现有的技术解决磷化铟双异质结双极型晶体管(InP DHBT)电子阻挡效应的技术途径有三种：一是在集电区采用铟镓砷磷(InGaAsP)过渡层，但是会带来干法刻蚀损伤以及集电区难以微缩方面的问题；二是在集电区采用铟铝砷/铟镓砷(InAlAs/InGaAs)超晶格结构，由于要求亚原子厚度的生长精度，外延生长困难，良率难以控制；第三是采用铟砷锑(GaAsSb)基区，但是铟砷锑(GaAsSb)材料生长过程中存在较强的记忆效应，材料生长的难度大。由于现有技术均存在一定的局限性，因此需要新的技术解决方案来提升磷化铟异质结双极型晶体管的电学性能。

发明内容

为解决上述缺陷，本发明提供一种双异质结双极型晶体管结构。

本发明提供了一种双异质结双极型晶体管结构，包括：单晶磷化铟衬底，由单晶半绝缘磷化铟材料形成；亚集电区，设置在所述单晶磷化铟衬底之上，由N型III-V族半导体形成；集电区，设置在所述亚集电区之上，由N型III-V族半导体形成；基区，设置在所述集电区之上，由P型铟镓砷(P+InGaAs)半导体形成；发射区，设置在所述基区之上，由N型III-V族半导体形成；欧姆接触层，设置在所述发射区之上，由N型III-V族半导体形成。

所述基区中铟的浓度呈单向梯度变化，临近集电区界面处基区的晶格常数与所述单晶磷化铟衬底匹配，临近发射区界面处基区中铟与镓原子数之比低于53：47。

所述P型铟镓砷基区采用碳掺杂，所述基区中有效碳掺杂浓度呈单向梯度变化，并且基区在所述发射区界面处的P型铟镓砷半导体的有效碳掺杂浓度高于基区在所述集电区界面处的有效碳掺杂浓度。

所述集电区的N型掺杂浓度呈单向梯度变化，并且所述集电区在基区界面处的N型有效掺杂浓度低于所述集电区在亚集电区界面处的N型有效掺杂浓度。

所述集电区采用三种N型III-V族半导体材料形成复合集电区，其材料组份按照铟镓砷层(InGaAs)、应变铟砷磷层(InAsP)、磷化铟层(InP)的顺序依次设置，所述铟镓砷层(InGaAs)临近所述基区，所述磷化铟层(InP)临近所述亚集电区，所述应变铟砷磷层(InAsP)设置在所述铟镓砷层(InGaAs)与所述磷化铟层(InP)之间。

所述亚集电区包括重掺杂N型磷化铟层(N+InP)与重掺杂N型铟镓砷层(N+InGaAs)，所述重掺杂N型铟镓砷层(N+InGaAs)设置在所述重掺杂N型磷化铟层(N+InP)之上，所述重掺杂N型磷化铟层(N+InP)设置在所述半绝缘单晶磷化铟(SI-InP)衬底之上。

所述发射区的材料组份包括磷化铟(InP)、铟镓磷(InGaP)、铟砷磷(InAsP)、铟镓砷磷(InGaAsP)中的一种或者它们中至少两种进行组合。