[发明专利]一种磷化铟基双异质结双极晶体管结构及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷化铟基双异质结双极晶体管结构及制备方法。通过气态源分子束外延(GSMBE)进行材料生长，通过化合物半导体工艺过程实现异质结双极晶体管器件的制备，属于材料制备技术领域。

背景技术

早在1951年，Shockley就首先提出了宽发射结原理。1957年，Kroemer进一步系统阐述了HBT的原理，指出宽禁带发射区能提高注入效率，抑制基区载流子的反向注入，大大提高电流增益，同时可以通过高掺杂的基区和稍低掺杂的发射区来减小结电容和基区电阻，从而提高晶体管的频率特性。但由于材料生长技术的限制，直到二十世纪七十年代初，Dumke等人才第一次利用液相外延(LPE)技术成功制作出AlGaAs/GaAs HBT。进入70年代后，随着MOCVD、MBE等薄膜材料生长技术的诞生和发展，HBT的优良性能才得以充分实现。

基于InP材料体系的HBT器件被公认为是工作频率最高的晶体管，因此成为国际上的研究前沿。与SiGe和GaAs材料体系相比，在具有较高f_T的同时，InP体系的HBT仍具有较大击穿电压，其双异质结器件(DHBT)更是表现出诱人的特性。另外，以InP为衬底的材料较Si、GaAs衬底有着独特的优点：首先，InP与Si和GaAs相比，具有更高的电子饱和速度，基于InP衬底的晶体管是目前频率最高的；其次，它还与目前常用的光通信用光电器件衬底兼容，易于实现光电集成。

图1为School of ICT总结的半导体材料体系的HBT应用。综合研究发现，各材料体系都有各自的优势应用频段，InP体系HBT器件在高频应用方面的优势明显，因而已成为现阶段应用研究的热点。【Kroemer H.,RCA Review,1957(9):332-324】【H.Kroemer,Proceedings of IEEE,1982(1):13-25】【S.S.Tan,A.G.Milnes,IEEE Trans.Electron.Dev.1983(10):1289-1294】【Yasuyuki Suzuki,Masayuki Mamada,and Zin Yamazaki,IEEE Journal of Solid-state Circuits,2007(11):2594-2599】【Y.Baeyens,N.Weimann,V.Houtsma,J.Weiner,Y.Yang,J.Frackoviak,A.Tate,and Y.K.Chen,IEEE Compound Semiconductor.Integrated Circuit Symp.,Palm Springs,CA,USA,Oct.2005,pp:208–211.】

本发明拟提供一种磷化铟基双异质结双极晶体管结构及制备方法，所述的材料结构的制备方法，拟利用气态源分子束外延(GSMBE)技术，在磷化铟衬底上生长磷化铟基双异质结双极晶体管结构材料，通过微纳米技术和腐蚀工艺制备双异质结双极晶体管材料。研究磷化铟基双异质结双极晶体管材料的性能，利用InP基激光器和光电探测器的工作波长恰好位于光纤的传输窗口1.3～1.55μm之间，可利用InP基HBT-PIN等器件实现光电集成。并且希望可进一步研究Si基上的化合物半导体材料，如Si基上的InP HBT材料等，发展与IC工艺兼容的集成技术。

发明内容

本发明目的在于提供一种磷化铟基双异质结双极晶体管结构及制备方法，采用气态源分子束外延(GSMBE)进行材料生长。材料生长工艺流程如图2所示。

具体的说，在GSMBE制备磷化铟基双异质结双极晶体管结构的过程中，采用半绝缘单抛的InP(100)衬底。先在InP衬底上外延生长一层50nm的InP缓冲层，InP缓冲层的引入可以使材料从衬底到结构有良好的过度，减少直接进行异质外延引起的缺陷和位错等。然后依次生长In_0.53Ga_0.47As腐蚀截至层，InP，InGaAs，InP亚集电极；InP，InGaAsP(Eg＝1.15eV),InGaAsP(Eg＝0.95eV)，InP集电极；InGaAs渐变基区；二层InP发射极和InGaAs盖层。

如上所述，气态源分子束外延(GSMBE)制备磷化铟基双异质结双极晶体管结构材料的方法，其的优点归纳如下：