[发明专利]化合物半导体器件的外延结构及其制备方法

说明书

本申请公开了一种化合物半导体器件的外延结构及其制备方法，该方法包括：在硅Si衬底上外延形成n型惨杂的氮化镓GaN系材料的集电层；在集电层上外延形成p型掺杂的砷化镓GaAs基极层；在基极层上外延形成n型惨杂的砷化铝镓AlGaAs发射层。由于本申请的HBT的外延结构将材料外延层制作在Si衬底上，从而可以利用大尺寸硅晶圆以降低芯片的制造成本。同时，由于具有本申请的HBT的外延结构的HBT器件采用GaN系材料作为集电层，从而可以使用较高的工作电压，进而有利于增加该HBT器件的输出功率，克服GaAs HBT器件的功率限制，以及更好地满足5G通信高频与高功率的需求。

技术领域

本申请涉及半导体器件工艺技术领域，具体涉及一种化合物半导体器件的外延结构及其制备方法。

背景技术

无线通信技术的发展对射频器件的性能提出了更高的要求，如更高的频率范围、更高的功率、更高的效率、更高的工作电压等。因此基于化合物半导体材料的射频器件在无线通信领域中得到越来越广泛的应用。

砷化镓(GaAs)化合物半导体是无线通信系统射频功率放大器的主要材料之一，并因其高电子迁移率的特性而在制备射频、微波器件和高速数字电路等方面上得到重要应用。GaAs制成的半导体器件具有高频、温度性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。

目前，基于GaAs材料的半导体器件主要有异质结双极型晶体管(GaAsheterojunction bipolortransistar，GaAs HBT)和高电子迁移率晶体管(GaAs highelectron mobility transistor，GaAs HEMT)。其中，由于GaAs HBT具有功率密度高、增益高、相位噪声低、线性度好、芯片面积小和制造成本低等优点，因此广泛应用于移动电话、光通讯系统、雷达系统等设备系统。

发明内容

第一方面，为本申请的一种化合物半导体器件的外延结构制备方法，包括：

在硅Si衬底上外延形成n型惨杂的氮化镓GaN系材料的集电层；

在所述集电层上外延形成p型掺杂的砷化镓GaAs基极层；

在所述基极层上外延形成n型惨杂的砷化铝镓AlGaAs发射层。

第二方面，为本申请的一种化合物半导体器件的外延结构，包括：硅Si衬底、n型惨杂的氮化镓GaN系材料的集电层、p型掺杂的砷化镓GaAs基极层、n型惨杂的砷化铝镓AlGaAs发射层；其中，

所述集电层、所述基极层和所述发射层由下而上依次置于所述衬底的上表面。

可以看出，本申请提出一种化合物半导体器件的外延结构，是一种新的HBT的外延结构，是将材料外延层制作在Si衬底上，可以利用大尺寸硅晶圆以降低芯片的制造成本。此外，Si衬底的应用，也将大量减少GaAs衬底材料的消耗，极大地降低As对环境造成的污染风险。

同时，在具有新的HBT的外延结构的HBT器件的实际应用中，由于采用GaN系材料作为集电层，从而可以使用较高的工作电压，进而有利于增加该HBT器件的输出功率，克服GaAs HBT器件的功率限制，以及更好地满足5G通信高频与高功率的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例的一种GaAs HBT的外延结构的结构示意图；

图2是本申请实施例的一种化合物半导体器件的外延结构的结构示意图；

图3是本申请实施例的一种化合物半导体器件的外延结构制备方法的流程示意图；