[发明专利]具有减小电阻的化合物半导体器件

说明书

本发明广泛地涉及半导体器件，特别是涉及在顶层界面上的电阻被减小的化合物半导体器件。

在必须由高速器件运行的高频应用中广泛地采用诸如HEMT(高电子迁移率晶体管)和HBT(高频晶体管)这样的化合物半导体器件。在化合物半导体器件中实质上是化合物半导体材料的高电子迁移率促使器件高速运行。

通常，化合物半导体器件在器件的主要部分中包含AlGaAs和GaAs异质结界面。例如HEMT采用这样的在由未掺杂的GaAs组成的通道层和由n型ALGaAs组成的电子提供层之间的异质结界面以在通道晶层中沿前述的异质结界面形成二维电子云层。另一方面，典型的HBT采用在P型GaAs的基极层上形成的n型AlGaAs的发射极层。由于采用宽禁带材料例如AlGaAs作发射极层，这样能够增大器件的电流增益。进一步，由于采用有很高电子迁移率的GaAs，使器件达到最高的运行速度是可能的。

为了避免形成各种与在AlGaAs层中存在的深杂质能级有关联的非辐射复合中心，近来的化合物半导体器件逐渐用InGaP代替AlGaAs层。应该指出，这样的非辐射复合中心容易破坏器件。

在通常的化合物半导体器件中包含一个GaAs/AlGaAs异质结界面，为了保护AlGaAs晶层以防氧化并且在该处为了形成欧姆接触，实际做法是在AlGaAs层上形成掺杂成n⁺型的GaAs顶层。

图1表示用InGaP作发射极层的HBT的实例。

参阅图1，在半绝缘的GaAs衬底上形成n型GaAs的辅助集电极层11，继之在辅助集电极层上沉积由GaAs组成的集电极层12。进一步，在集电极层12上生长P型GaAs层13而在其上面进一步沉积用Si掺杂成n型InGaP的发射极层14。这样形成的发射极层14其本身又用Si掺杂成n型GaAs的顶层16覆盖。从而获得在衬底10上包含半导体层11-16的叠层式的半导体实体。应该指出，是采用气相沉积工艺例如MOVPE工艺连续地一层接一层地实现层11-16的沉积。

在形成顶层16后，为了局部地去除顶层16、发射极层14和基极层13，使这样形成的叠层式的半导体实体经刻蚀处理，以致使一部分辅助集电极层11和一部分基极层13暴露。经由在顶层16、基极层13的暴露表面和辅助集电极层11的暴露表面上分别形成欧姆电极17、18和19，完成HBT的制作。与通常的双极晶体管一样，具有这样结构的HBT实现电子从发射极层14注入到基极层13，并进一步从基极层13注入到集电极层12，其中由于用GaAs作基极层13，结果大大地改进了器件的运行速度。进一步，由于用宽禁带材料InGaP作发射极层14，结果获得大的增益。如前面提到，这样用InGaP代替惯用的AlGaAs作发射极层的HBT使由于非辐射复合中心引起的器件损伤方面的难题减小到最低程度。

图2表示用InGaP作电子提供层的常规HEMT的实例。

参阅图2，在半绝缘GaAs衬底21上沉积未掺杂GaAs的缓冲层22，继之未掺杂GaAs通道层23沉积在缓冲层22上。进一步，在通道层23上沉积未掺杂InGap的隔离层24，继之由n型InGaP组成的电子提供层25沉积在隔离层24上。最后在电子提供层25上沉积n型GaAs顶层27。从而，获得类似于图1中的HBT在衬底21上包含层22-27的叠层式的半导体实体，其中，用MOVPE工艺连续地逐层地实现层22-27的沉积。

在形成这样的叠层式的半导体实体后，采用刻蚀工艺去除相当于器件的通道区域的部分顶层27，并在电子提供层25的暴露部分上形成作栅电极的肖特基(Schottky)电极28。进一步，在肖特基电极28的二边的顶层27上形成一对欧姆电极29₁和29₂分别作源电极和漏电极。

在这样的一种结构中，在通道层23内沿着通道层23和隔离层24之间的异质结界面形成二维电子云，关于这一点已为精通技术的人们所熟知。用施加于栅电极28的控制电压通过二维电子云控制在源电极29₁，和漏电极29₂之间流动的源—漏电流。

在这样结构的HEMT中，由于用InGaP代替惯用的AlGaAs作隔离晶层24并进一步作电子提供层25，能成功地避免由施主—有关的深能极(DX-中心)引起器件损伤的问题。