[发明专利]一种砷化镓基双异质结双极晶体管结构及制备方法

权利要求书

1.一种砷化镓基双异质结双极晶体管设计的结构，其特征在于所述的结 构依次由半绝缘单抛的GaAs衬底、缓冲层、集电区、高掺集电区、隔离层、 基区、隔离层、发射区、盖层、渐变盖层和盖层组成；其中，

①在GaAs基DHBT材料体系选择上，利用GaAs基III-V族化合物半导 体及其组成的三元混晶材料，通过调节组份组成的方法调节禁带宽度和晶格 常数，在DHBT设计中采用与GaAs材料晶格匹配的InGaP作为集电区和发 射区材料，GaAs作为基区材料；

②在结构设计上采用了在基区两侧各插入一层GaAs隔离Spacer层，以 解决铍作为基区P型掺杂剂在高温时的扩散。

2.按权利要求1所述的结构，其特征在于：

①半绝缘单抛GaAs衬底为(100)；

②缓冲层材料为Si掺杂的GaAs，厚度为500-550nm，掺杂剂量为3-5 E18/cm³；

③集电区材料为Si掺杂的InGaP，厚度为500-550nm，掺杂剂量为3-5 E16/cm³；

④高掺集电区材料为Si掺杂的InGaP，厚度为5-7nm，掺杂剂量为2-3 E19/cm³；

⑤基区两侧各插入一层隔离层材料为GaAs，厚度为5-7nm；

⑥基区材料为Be掺杂的GaAs，厚度为60-65nm，Be掺杂剂量为2-3 E19/cm³；

⑦发射区材料为Si掺杂的InGaP，厚度为80-90nm，掺杂剂量为3-4 E17/cm³；

⑧盖层材料为Si掺杂的GaAs，厚度为100-110nm，掺杂剂量为 5-6E18/cm³；

⑨渐变盖层材料由掺SiGaAs渐变至InGaAs；Si的掺杂剂量与盖层⑧相 同，而In的组份从x＝0渐变到x＝0.5；

⑩最上面盖层In的组份为0.5，而Si的掺杂剂量为1-2E19/cm³。

3.按权利要求1或2所述的结构，其特征在于基区掺杂浓度为3E19/cm³； 基区层厚度为60nm。

4.制备如权利要求1或2所述的结构的方法，其特征在于在采用气态源 分子束外延GSMBE工艺制备GaAs基HBT材料，在制备过程中采用Be作为 P型基区掺杂剂，具体制备步骤为：

(1)将GaAs(100)衬底送入气态源分子束外延系统GSMBE的预处理 室，于300-350℃除气30分钟；

(2)将上述衬底传递至GSMBE的生长室，将AsH₃于1000℃进行裂解， 得到As₂用作As源，调节气源炉AH₃压力P_V为450～700Torr；

(3)衬底在As气氛的保护下进行生长前的表面解吸，衬底温度于620℃ 下进行外延生长，生长时衬底以每分钟5转的速度旋转，以保证外延材料的 均匀性；

GaAs层的生长工艺条件为：Ga的生长温度为1050℃，AsH₃的裂解压力 为650Torr，在此条件下GaAs的生长速率为1μm/h，对于N型掺杂要求，采 用Si的掺杂温度为1250℃，对于P型掺杂要求，采用Be的掺杂温度为890℃；

InGaP层的生长工艺条件为：Ga的生长温度为1050℃，In的生长温度为 860℃，PH₃的裂解压力为650Torr，在此条件下InGaP的生长速率为1.5μm/h， 对于不同N型掺杂要求，Si的掺杂温度为1100℃和1070℃；

GaAs-InGaAs组份渐变层的生长工艺条件为：Ga的生长温度为1050℃， In的生长温度为700-890℃渐变，AsH₃的裂解压力为650Torr，平均生长速率 为1.2μm/h；

InGaAsCap层的生长工艺条件为：Ga的生长温度为1050℃，In的生长温 度为890℃，AsH₃的裂解压力为650Torr，生长速率为1.5μm/h。