[发明专利]CaAsSb/InP双异质结晶体三极管及其制备方法

说明书

本发明涉及一种GaAsSb/InP双异质结晶体三极管结构，以及采用金属有机化学气相沉积技术(MOVCD)制备碳掺杂的p-型基区GaAsSb/InP高性能微波晶体三极管材料的方法。

金属有机化学气相沉积(Metal Organic Chemical Vapor Deposition-MOCVD)是最近三十多年逐步发展完善起来的半导体外延材料的先进制备技术，与传统的VPE及LPE技术相比，它可精确控制外延层的厚度、组分，可用来生长超薄层异质材料，如量子阱、超晶格等，已成为半导体外延材料的重要制备技术之一。基于半导体理论的“能带工程”、“波函数工程”、“晶格工程”等为设计高性能的半导体器件结构奠定了基础。InP与GaAs和Si相比，具有高的电子饱和速度，是制备高速晶体三极管的理想材料。基于InP衬底的异质结晶体三极管(Heterojunction Bipolar Transistor-HBT)是目前速度最快的晶体三极管，同时它还与目前的光通信器件的衬底兼容，易于光电器件集成。美国著名的TRW、RFMD公司已计划将它应用于下一代通讯系统，进行大规模生产。根据晶体管的工作原理，其器件结构可以由能带工程进行设计。八十年代初提出了基于GaAs衬底的AlGaAs/GaAs HBT，利用能带工程对发射区和基区之间的能带关系进行了优化，出现了InGaP/GaAs、GeSi/Si异质结晶体三极管，前者的器件材料生长及工艺制备过程已经达到6英寸衬底上的大批量生产阶段，已用于目前的手机通讯系统。随着对通讯速率越来越高的要求，高速HBT已成为目前研制的热点。为此，除了充分发挥材料本身的特点之外，利用能带工程对HBT的整个器件结构(发射区—基区—集电区)进行系统整体设计已成为必要。目前基于InP衬底的HBT一般采用InP/InGaAs/InP分别为发射区、基区和集电区器件结构。从能带工程的角度进行分析可知，该器件结构虽然优化了发射结，但是其集电结存在问题。电子从基区发射到集电区时需要隧穿通过InGaAs/InP异质结界面势垒，器件性能受到影响。

GaAsSb/InP的能带为Ⅱ型异质结构：GaAsSb的导带位于InP导带之上180 meV，其价带低于InP价带736 meV,GaAsSb基区与InP集电区界面不存在电子势垒，以扩散运动传输通过基区的电子在InP集电区具有较高的能量，以弹道方式发射(ballistically)，高速传输到集电极上。同时InP发射区与GaAsSb基区之间有736 meV的价带能量差，如此高的势垒对基区的空穴形成有效的限制，可阻止空穴扩散、隧穿进入发射区，降低基区—发射区复合电流。因此GaAsSb/InP是用来制作HBT的理想材料体系，理论上预言InP/GaAsSb/InPHBT具有优良的微波性能。同时由于采用了InP为集电区，HBT的击穿电压也大大提高。

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种高性能的GaAsSb/InP双异质结晶体三极管及其制备方法。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明GaAsSb/InP双异质结晶体三极管的结构由以下三部分组成：集电区、基区和发射区，如图1所示。衬底采用半绝缘的InP(磷化铟)单晶片，集电区由生长在衬底之上的N⁺-InGaAs和低掺杂的N^--InP组成，基区由P⁺-GaAsSb组成，发射区由N^--InP或AlInAs和N⁺-InGaAs欧姆接触层组成。

上述欧姆接触层是In_0.53Ga_0.47As，掺杂为n型，掺杂剂为Si或S，浓度1～3×10¹⁹cm^-3，厚度为200nm。图2示出几种常见半导体的能隙与晶格常数的关系，可见，当Sb=0.5时，GaAsSb与InP晶格匹配，当In的含量接近0.53时，InAlAs和InGaAs与InP衬底晶格匹配。

InP作集电区，厚度为100～500nm，掺杂浓度为1～5×10¹⁶cm^-3；基区为GaAs_0.5Sb_0.5，掺杂为p型，掺杂剂为C，掺杂浓度3～5×10¹⁹cm^-3，厚度为10～49nm；发射区由InP或AlInAs，厚度为50～100nm，掺杂浓度为1～5×10¹⁷cm^-3，掺杂剂为Si或S。