[发明专利]npn型InGaAs/InP DHBT外延层结构

说明书

技术领域

本发明涉及高速npn型InGaAs/InP双异质结双极性晶体管(DHBT)器件的结构设计技术领域，尤其涉及一种InGaAsP组分渐变集电极结构的npn型InGaAs/InP DHBT外延层结构。

背景技术

InP基材料有很高的饱和电子迁移速度，可获得高的基极掺杂浓度，非常适合作为超高速异质结双极性晶体管(Heterojunction BipolarTransistor，HBT)。InP基HBT的结构用InP材料作发射极，InGaAs材料作为基极，InGaAs或InP材料作为集电极。用InGaAs材料作集电极的HBT，由于只在发射极-基极为异质结构，被称为单异质结双极性晶体管(SHBT)；用InP材料作集电极的HBT，在发射极-基极和基极-集电极都为异质结构，被称为双异质结双极性晶体管(DHBT)。由于SHBT中集电极材料的带隙较窄(0.76eV)，击穿电压较低；而在DHBT中集电极材料为InP，其带隙为1.35eV，具有较高的击穿电压。

在高频、大功率电路中，要求器件具有较高的击穿电压和较高的频率，因此就需要使用InP基DHBT。但InP/InGaAs异质结形成I型能带结构，即InGaAs材料的导带顶要低于InP材料的导带顶。这样，从InGaAs材料作基极注入的载流子在基极-集电极界面会受到InP集电极的散射作用，这使载流子在基区的复合增加，增益减小；同时，散射会造成载流子在集电区的迁移速度低，使HBT的工作电流减小，频率特性差。

为消除InP基DHBT的基极-集电极导带尖峰，通常采用两种方法，一是采用InGaAs退后层，InGaAs/InAlAs超晶格渐变层和InPδ掺杂层的方法来消除导带尖峰；二是采用InGaAs退后层和InGaAsP过渡层来消除导带尖峰。

第一种方法中，InGaAs退后层的作用一是将InP的导带尖峰向集电极推迟；二是起加速基区注入载流子的速度的作用。InGaAs/InAlAs超晶格渐变层起平滑导带尖峰的作用；InPδ掺杂层主要作用是降低导带尖峰。这种结构能获得较高的截止频率，但载流子要通过隧穿越过超晶格层，这会造成载流子在集电极中的速度降低。而且为获得能带的平滑作用，InGaAs层和InAlAs层的厚度需要变化，这给生长造成了很大困难。在用MBE实现的技术中，还可实现；在MOCVD技术中则很难实现。

第二种方法中，InGaAs退后层作用与第一方法中的相同。InGaAsP起平滑导带尖峰的作用。这种结构虽然克服了超晶格结构中载流子因为隧穿而速度降低的问题，但由于InP的导带尖峰并没有降低，会发生Kirk电流低的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述两者在InGaAs/InP DHBT集电极设计中存在的问题，本发明的主要目的在于提供一种InGaAsP组分渐变集电极结构的npn型InGaAs/InP DHBT外延层结构，以消除InGaAs基极和InP集电极所形成的导带尖峰。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种npn型InGaAs/InP DHBT外延层结构，该DHBT结构包括依次相邻接的发射极、基极和集电极，所述集电极从靠近基极向远离基极的方向依次包括n型InGaAs退后层、n型InGaAsP过渡层、n型InP重掺杂层、n型InP层和n型集电极接触层；其中，所述发射极采用n型InP材料，所述基极采用p型InGaAs材料。

优选地，所述n型InGaAs退后层的掺杂浓度为1×10¹⁵至2×10¹⁷/cm³，厚度为10至100nm，且所采用的InGaAs材料与InP材料的失配度小于0.5％。

优选地，所述n型InGaAsP过渡层的掺杂浓度为1×10¹⁵至2×10¹⁷/cm³，厚度为3至30nm，所采用的InGaAsP材料与InP材料的失配度小于0.1％，所采用的InGaAsP材料的带隙宽度介于InGaAs与InP带隙宽度之间，且带隙宽度从基极一侧到集电极一侧逐渐增大，所述n型InGaAsP的层数为1至20。

优选地，所述n型InP重掺杂层的掺杂浓度2×10¹⁷至1×10¹⁹/cm³，厚度为3至20nm。

优选地，所述n型InP层的厚度为20至1000nm。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：