專利名稱：異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制造方法
背景技術(shù)：
1、發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及其制造方法。
2、相關(guān)技術(shù)一種采用大能帶隙半導體來作為發(fā)射極的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(下文稱作HBT)作為用于手機或類似設(shè)備的高頻模擬器件已經(jīng)獲得了關(guān)注。特別是，一種采用InGaP來作為發(fā)射極的InGaP/GaAs HBT由于其具有下述的優(yōu)點作為一種具有高性能和高可靠性的器件已經(jīng)被商業(yè)應(yīng)用，其優(yōu)點是由于價帶不連續(xù)能量(ΔEv)大，所以電流放大因子(HFE)與溫度的相關(guān)性小；以及因為既不存在界面陷阱密度也不存在DX中心(參見，例如，日本特開平專利申請公報H5-36713以及日本特開平專利申請公報H8-241896)，所以在基區(qū)有更小的復合電流。
下面將參照附圖介紹一種普通的InGaP/GaAs HBT的器件結(jié)構(gòu)及其制造方法。


圖1是示出一種InGaP/GaAs HBT結(jié)構(gòu)的截面圖。
如圖1所示，所述InGaP/GaAs HBT具有一種多層結(jié)構(gòu)，包括以如下順序在一個半絕緣GaAs半導體襯底800上形成的下述層通過以高濃度摻雜一種n型摻雜物形成的一個n+型GaAs亞集電極(sub-collector)層810；具有低摻雜物濃度的一個n型GaAs集電極層820；具有高摻雜物濃度的一個p型GaAs基區(qū)層830；一個n型InGaP發(fā)射極層840；一個n型GaAs發(fā)射極覆蓋層850；以及用于形成一個具有低接觸電阻的發(fā)射極電極的一個n型InGaAs發(fā)射極接觸層860。
通過熱擴散，在所述亞集電極層810之上形成例如，由AuGe/Ni/Au或類似金屬制成的集電極870，在所述發(fā)射極層840之上形成例如，由包含Pt的多層金屬或類似金屬制成的基區(qū)電極871，以便與所述基區(qū)層830形成接觸，并且在所述發(fā)射極接觸層860之上形成例如，由Ti/Pt/Au或類似金屬制成的發(fā)射極電極872。
在所述亞集電極層810、所述集電極層820、所述基區(qū)層830、所述發(fā)射極層840、所述發(fā)射極覆蓋層850和所述發(fā)射極接觸層860的沒有形成所述電極的暴露表面上形成由SiO2、SiN或類似物質(zhì)制成的絕緣膜880。
圖2A至圖2D是描述具有上述結(jié)構(gòu)的所述HBT的制造方法的截面圖。
首先，如圖2A所示，所述亞集電極層810、所述集電極層820、所述基區(qū)層830、所述發(fā)射極層840、所述發(fā)射極覆蓋層850和所述發(fā)射極接觸層860以此順序?qū)盈B在所述半導體襯底800之上。
接著，如圖2B所示，通過使用一種磷酸、雙氧水和水的混合溶液的濕刻蝕法去除所述發(fā)射極接觸層860和所述發(fā)射極覆蓋層850，直到暴露出所述發(fā)射極層840。結(jié)果，形成一個發(fā)射極島。
接著，如圖2C所示，通過刻蝕，按順序去除所述發(fā)射極層840、所述基區(qū)層830和所述集電極層820，直到暴露出所述亞集電極層810。結(jié)果，形成一個基區(qū)島。
接著，如圖2D所示，所述絕緣膜880淀積在所述發(fā)射極島、所述基區(qū)島和所述亞集電極層810的表面上之后，打開對應(yīng)于所述發(fā)射極電極、基區(qū)電極和集電極的接觸窗口。然后，在所述發(fā)射極接觸窗口中形成所述發(fā)射極電極872，在所述基區(qū)接觸窗口中形成所述基區(qū)電極871，并且在所述集電極接觸窗口中形成所述集電極870。用上述方式來制造所述InGaP/GaAs HBT。
順便提及，近年來，所述InGaP/GaAs體系HBT的實用性已經(jīng)被擴展了，并且存在對具有高功率輸出特性的HBT的需求。例如，特別是對于手機的傳輸放大器來說，當所述HBT商業(yè)性地用作GSM系統(tǒng)而不是常規(guī)CDMA系統(tǒng)的終端發(fā)射機的功率器件時，對3到4w的高功率輸出尤為需要。
然而，存在一個問題，即，常規(guī)InGaP/GaAs HBT在更高的功率輸出時更容易被擊穿。
這里，下面將說明所述HBT在高功率輸出的操作下的所述擊穿。
圖5是示出VC(集電極電壓)-IC(集電極電流)特性和所述常規(guī)InGaP/GaAs HBT的擊穿電壓曲線的曲線圖。應(yīng)該注意到，圖5中，虛線表示所述常規(guī)HBT在不同的基極電流IB下的所述VC-IC特性，而點劃線表示擊穿電壓曲線，所述擊穿電壓曲線是通過繪制在高功率輸出時在各個基極電流IB條件下所述HBT被擊穿的點來畫出的。在這個圖中，所述擊穿電壓曲線的左側(cè)是一個稱作安全工作區(qū)(SOA)的區(qū)域。
圖5示出當所述HBT的工作點超出所述SOA時，即，當所述工作曲線和所述擊穿電壓曲線互相交叉的時候，所述HBT在高功率輸出的操作下被擊穿。這種擊穿是由于在一個特定的VC下，IC的突然增加而引起的，并且這種在所述特定VC下IC突然增加的現(xiàn)象被稱作雪崩倍增。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括一個由GaAs制成的n型集電極層；一個由GaAs制成且在所述集電極層之上形成的p型基區(qū)層；一個在所述基區(qū)層之上形成的n型或非摻雜第一發(fā)射極層；以及一個在所述第一發(fā)射極層之上形成的n型第二發(fā)射極層，其中所述第一發(fā)射極層由包含鋁的一種半導體材料制成，并且所述第二發(fā)射極層由InxGa1-xP(0＜x＜1)制成。這里，所述第一發(fā)射極層可以由氧化鋁制成。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在所述發(fā)射極層和所述基區(qū)層之間存在一個具有很多DX中心的半導體層，所述半導體層使得復合電流增加，并因此使得基極泄漏電流增加。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下由雪崩倍增引起的擊穿被抑制并由此在高功率輸出的操作下的擊穿電壓提高了的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
這里，所述第一發(fā)射極層可以具有3nm到10nm范圍內(nèi)(包含3nm和10nm)的厚度。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠最好地利用所述包含Al的半導體材料對所述HBT在高功率輸出的操作下的擊穿電壓的有益影響，同時將所述包含Al的半導體材料對所述HBT的性能和可靠性的負面影響抑制到最小的程度。因此，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓，同時充分利用具有高性能和高可靠性的所述InGaP/GaAs HBT的有利特性的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
另外，所述第二發(fā)射極層可以在所述基區(qū)層上形成，同時覆蓋所述第一發(fā)射極層。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，所述基極電極在由InGaP制成的所述第二發(fā)射層之上形成，以便與所述基區(qū)層形成歐姆接觸。因此，與所述基極電極在高表面復合率下在由AlGaAs制成的所述半導體層之上形成以便與所述基區(qū)層形成歐姆接觸的情況相比，能夠減小所述基區(qū)中的所述復合電流，并因此能夠?qū)崿F(xiàn)一種具有高性能和高可靠性的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
此外，根據(jù)本發(fā)明的所述異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括一個由GaAs制成的n型集電極層；一個由GaAs制成且在所述集電極層之上形成的p型基區(qū)層；一個在所述基區(qū)層之上形成的n型第二發(fā)射極層；以及一個在所述第二發(fā)射極層之上形成的n型或非摻雜第一發(fā)射層，其中所述第一發(fā)射極層由包含鋁的一種半導體材料制成，而且所述第二發(fā)射極層由InxGa1-xP(0＜x＜1)制成，且具有在3nm到15nm范圍之內(nèi)(包含3nm和15nm)的厚度。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，能夠最好地利用InGap對所述HBT的性能和可靠性的有益影響以及所述包含Al的半導體材料對所述HBT在高功率輸出的操作下的所述擊穿電壓的有益影響。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓，同時充分利用具有高性能和高可靠性的所述InGaP/GaAs HBT的有利特性的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
這里，所述第一發(fā)射極層可以由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在發(fā)射極-基極價帶間的間斷變小，這使得HFE的溫度相關(guān)性增加。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下HFE降低并因此在高功率輸出的操作下?lián)舸╇妷禾岣吡说漠愘|(zhì)結(jié)雙極晶體管。
此外，本發(fā)明也可以體現(xiàn)為一種用于制造異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法，所述方法包括在一個半導體襯底上依次層疊一個由GaAs制成的n型集電極層和由GaAs制成的p型基區(qū)層；在所述基區(qū)層的一個預定區(qū)域形成一個n型或非摻雜第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層由包含鋁的一種半導體制成；以及在除所述基區(qū)層的所述預定區(qū)域之外的區(qū)域上形成一個n型第二發(fā)射極層并覆蓋所述第一發(fā)射極層，所述第二發(fā)射極層由InxGa1-xP(0＜x＜1)制成。這里，所述第一發(fā)射極層可以由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
根據(jù)這種方法，所述基區(qū)電極在由InGaP制成的所述第二發(fā)射極層之上形成以便與所述基區(qū)層形成歐姆接觸，這使得基區(qū)中的所述復合電流降低。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)一種具有高性能和高可靠性的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的制造方法。
從上述介紹中可以清楚地理解，根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。也能夠?qū)崿F(xiàn)一種具有高性能和高可靠性的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，并因此實現(xiàn)一種能商業(yè)性地用作GSM系統(tǒng)終端發(fā)射機的功率器件的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
作為有關(guān)本申請技術(shù)背景的進一步信息，這里作為參考整體引入2004年3月9日提交的日本專利申請No.2004-065353所公開的內(nèi)容，包括說明書、附圖和權(quán)利要求書。
附圖簡述從下面結(jié)合用于舉例說明本發(fā)明一個特定實施例的附圖而進行的說明中，本發(fā)明的這些和其它目的、優(yōu)點和特征將會顯而易見。在所述附圖中圖1是示出一種常規(guī)HBT的結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2A到圖2D是用于說明所述常規(guī)HBT的一種制造方法的截面圖；圖3是示出本發(fā)明第一實施例的HBT結(jié)構(gòu)的截面圖；圖4A到圖4D是用于說明所述第一實施例中的所述HBT的一種制造方法的截面圖；圖5是示出所述第一實施例中的所述HBT和所述常規(guī)HBT的VC-IC特性和擊穿電壓曲線的曲線圖；圖6是示出本發(fā)明第二實施例中的HBT結(jié)構(gòu)的截面圖；圖7A到圖7D是用于說明所述第二實施例中的所述HBT的一種制造方法的截面圖；圖8是示出本發(fā)明第三實施例中的HBT結(jié)構(gòu)的截面圖；
圖9A到圖9F是用于說明所述第三實施例中的所述HBT的一種制造方法的截面圖。
優(yōu)選實施例介紹下面將參考所述附圖介紹根據(jù)本發(fā)明的所述實施例的所述異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)。
第一實施例圖3是示出第一實施例中的HBT結(jié)構(gòu)的截面圖。
本實施例所述的HBT旨在實現(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓的HBT。這種HBT具有一種多層結(jié)構(gòu)，包括以如下順序在一個半絕緣GaAs半導體襯底100上形成的下述層通過以高濃度摻雜一種n型攙雜物形成的一個n+型GaAs亞集電極層110；具有低摻雜濃度的一個n型GaAs集電極層120；通過以高濃度摻雜一種諸如C的p型攙雜物形成的一個p型GaAs基區(qū)層130；一個發(fā)射極層140；一個n型GaAs發(fā)射極覆蓋層150；以及用于形成一個具有低接觸電阻的發(fā)射極電極的一個n型InGaAs發(fā)射極接觸層160。
所述發(fā)射極層140包括第一發(fā)射極層141和第二發(fā)射極層142，所述第一發(fā)射極層141和所述第二發(fā)射極層142以此順序?qū)盈B在所述基區(qū)層130之上。這里，所述第一發(fā)射極層141是一個由一種包含Al的半導體材料制成的非摻雜或n型層，而所述第二發(fā)射極層142是一個例如由In的組分約為50％的InxGa1-xP制成的厚度在20到50nm之間的n型層。用于所述第一發(fā)射極層141的所述包含Al的半導體材料是例如氧化鋁、Al的組分約為10到15％的AlyGa1-yAs或類似的材料。
這里，所述第一發(fā)射極層141的厚度應(yīng)該為10nm或更薄，這是因為厚度超過10nm的所述第一發(fā)射極層141對所述發(fā)射極層140有太大的影響，并且由于復合電流的增加或類似情況對所述HBT的性能和可靠性具有很大的負面影響。此外，所述第一發(fā)射極層141的厚度應(yīng)該為3nm或更厚，這是因為厚度小于3nm的所述第一發(fā)射極層141對所述發(fā)射極層140的影響太小，并且由于復合電流的增加或類似情況對所述HBT在高功率輸出的操作下的所述擊穿電壓有很小的有益影響。
在所述亞集電極層110之上形成例如，由AuGe/Ni/Au或類似物制成的集電極170，通過熱擴散，在所述第二發(fā)射極層142之上形成例如，由包含Pt的多層金屬或類似物制成的基區(qū)電極171，以便與所述基區(qū)層130形成接觸，并且在所述發(fā)射極接觸層160之上形成例如，由Ti/Pt/Au或類似物制成的發(fā)射極電極172。
在所述亞集電極層110、所述集電極層120、所述基區(qū)層130、所述發(fā)射極層140、所述發(fā)射極覆蓋層150和所述發(fā)射極接觸層160的沒有形成所述電極的暴露表面上形成由SiO2、SiN或類似物質(zhì)制成的絕緣膜180。
接著，下面將參照圖4A到圖4D中的所示截面圖說明具有上述結(jié)構(gòu)的所述HBT的制造方法。應(yīng)該注意到，相同的參考數(shù)字分配給與圖3中的組件相同的組件，并且這里不再重復其具體說明。
首先，如圖4A所示，通過像分子束外延(MBE)法或金屬有機化學汽相淀積(MOCVD)法的晶體生長方法，在所述半導體襯底100之上以如下順序?qū)盈B下述層所述亞集電極層110；所述集電極層120；所述基區(qū)層130；所述第一發(fā)射極層141；所述第二發(fā)射極層142；所述發(fā)射極覆蓋層150；以及所述發(fā)射極接觸層160。
接著，如圖4B所示，在使用光刻膠形成用于形成所述發(fā)射極島的一個圖案之后，使用磷酸、雙氧水和水的一種混合溶液依次刻蝕所述發(fā)射極接觸層160和所述發(fā)射極覆蓋層150，以形成所述發(fā)射極島。在這個工藝當中，所述第二發(fā)射極層142幾乎不被刻蝕。
接著，如圖4C所示，在使用光刻膠形成用于形成所述基區(qū)島的一個圖案之后，使用用水稀釋過的鹽酸有選擇地刻蝕所述第二發(fā)射極層142。然后，使用所述刻蝕過的第二發(fā)射極層142作為一個掩膜板，用磷酸、雙氧水和水的一種混合溶液依次刻蝕所述第一發(fā)射極層141、所述基區(qū)層130和所述集電極層120，以形成所述基區(qū)島。
接著，如圖4D所示，在所述絕緣膜180淀積在整個所述表面上之后，打開對應(yīng)于所述集電極170、所述基區(qū)電極171和所述發(fā)射極電極172的接觸窗口，并且隨后，在各個窗口中形成電極金屬。用這種方式來制造本實施例所述的HBT。
接著，將會介紹具有上述結(jié)構(gòu)的所述HBT的電特性。
圖5是示出所述VC-IC特性和擊穿電壓曲線的曲線圖。應(yīng)該注意到，圖5中，實線和虛線表示本實施例和所述常規(guī)HBT在不同的基極電流IB下所述HBT的VC-IC特性，而點劃線表示通過繪制在高功率輸出時在各個基極電流IB條件下所述HBT被擊穿的點而畫出的擊穿電壓曲線。在這個圖中，所述擊穿電壓曲線的左側(cè)是一個稱作安全工作區(qū)(SOA)的區(qū)域。此圖示出了AlyGa1-yAs作為一種用于所述第一發(fā)射極層141的包含Al的一種半導體材料的情況。
對于本實施例中的所述HBT，圖5示出了其工作點超出所述SOA的位置VC，即，所述工作曲線和所述擊穿電壓曲線相互交叉時的點的值高于所述常規(guī)HBT的VC的值。這意味著本實施例中所述的HBT的擊穿電壓高于所述常規(guī)HBT的擊穿電壓。這歸因于這樣一個事實，即，與GaAs的價帶不連續(xù)性小于與InGaP的價帶不連續(xù)性的AlGaAs用于所述發(fā)射極層。更具體地，在本實施例所述的HBT中，由于HFE的溫度相關(guān)性大于所述常規(guī)HBT中HFE的溫度相關(guān)性，由在高功率輸出的操作下器件溫度的增加所引起的HFE的降低更加顯著，并因此所述工作曲線的斜率更陡。
如上所述，根據(jù)本實施例中所述的HBT，所述發(fā)射極層140包括由包含Al的一種半導體材料制成的所述第一發(fā)射極層141，且在所述p型GaAs基區(qū)層130之上形成。換句話說，本實施例中所述的HBT在所述發(fā)射極層和所述基區(qū)層之間具有一個帶很多DX中心的半導體層，這使得復合電流增加并因此使得基區(qū)泄漏電流增加。因此，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種HBT，所述HBT的在高功率輸出的操作下由雪崩倍增所引起的擊穿得到抑制，并且因此其在高功率輸出操作下的擊穿電壓提高了。
另外，根據(jù)本實施例中所述的HBT，所述發(fā)射極層140包括由例如AlyGa1-yAs制成的所述第一發(fā)射極層141，并且在所述p型GaAs基區(qū)層130之上形成。因此，發(fā)射極-基區(qū)價帶間的不連續(xù)變小，這使得HFE的溫度相關(guān)性增加。換句話說，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種HBT，所述HBT的HFE在高功率輸出的操作下降低并因此其在高功率輸出的操作下的擊穿電壓提高了。
另外，根據(jù)本實施例中所述的HBT，所述發(fā)射極層140包括由包含Al的一種半導體材料制成的所述第一發(fā)射極層141以及由InxGa1-xP制成的所述第二發(fā)射極層142，并且所述第一發(fā)射極層141的厚度在3到10nm的范圍之內(nèi)。因此，能夠最好地利用所述包含Al的半導體材料對所述HBT在高功率輸出的操作下的擊穿電壓的有益影響，同時將所述包含Al的半導體材料對所述HBT的性能和可靠性的負面影響抑制到最小的程度。換句話說，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓，同時充分利用具有高性能和高可靠性的所述InGaP/GaAs HBT的有利特性的HBT。
此外，根據(jù)本實施例中所述的HBT，所述第二發(fā)射極層142由InxGa1-xP制成并作為用于形成所述發(fā)射極島的一個阻擋層。因此，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種可以以更高的精度進行刻蝕來形成所述發(fā)射極島的HBT。
第二實施例圖6是示出第二實施例中的HBT結(jié)構(gòu)的截面圖。相同的參考數(shù)字分配給與圖3中的組件相同的組件，并且這里不再重復其具體說明。
本實施例中所述的HBT具有一種多層結(jié)構(gòu)，包括以如下順序在所述半導體襯底100上形成的下述層所述亞集電極層110；所述集電極層120；所述基區(qū)層130；和一個發(fā)射極層400；所述發(fā)射極覆蓋層150；以及所述發(fā)射極接觸層160。
所述發(fā)射極層400包括一個第二發(fā)射極層401和一個第一發(fā)射極層402，所述第二發(fā)射極層401和所述第一發(fā)射極層402以此順序?qū)盈B在所述基區(qū)層130之上。這里，所述第二發(fā)射極層401是一個由InxGa1-xP制成的n型層，其中In的組分約為50％，而所述第一發(fā)射極層402是一個由一種包含Al的半導體材料制成的非摻雜或n型層。這里，用于所述第一發(fā)射極層402的所述包含Al的半導體材料是例如氧化鋁、Al的組分約為10到15％的AlyGa1-yAs或類似的材料。
這里，所述第二發(fā)射極層401的厚度應(yīng)該為15nm或更薄，優(yōu)選為7nm或更薄，因為空穴不能遂穿厚度超過15nm，特別是超過7nm的所述第二發(fā)射極層401的價帶，所述第一發(fā)射極層402對所述發(fā)射極層400只有很小的作用，并因此由于復合電流的增加或類似的因素，所述第一發(fā)射極層402對所述HBT在高功率輸出的操作下的擊穿電壓的有益影響太小。另外，所述第二發(fā)射極層401的厚度應(yīng)該為3nm或更厚，因為厚度小于3nm的所述第二發(fā)射極層401對所述發(fā)射極層400只有很小的影響，并因此由于復合電流的降低或類似的因素，所述第二發(fā)射極層401對所述HBT的性能和可靠性的有益影響太小。
在所述亞集電極層110之上形成所述集電極170，通過熱擴散，在所述第二發(fā)射極層401之上形成所述基區(qū)電極171，以便與所述基區(qū)層130形成接觸，并且在所述發(fā)射極接觸層160之上形成所述發(fā)射極電極172。
在所述亞集電極層110、所述集電極層120、所述基區(qū)層130、所述發(fā)射極層400、所述發(fā)射極覆蓋層150和所述發(fā)射極接觸層160的沒有形成所述電極的暴露表面上形成所述絕緣膜180。
接著，下面將參照圖7A到圖7D中的截面圖說明具有上述結(jié)構(gòu)的所述HBT的制造方法。應(yīng)該注意到，相同的參考數(shù)字分配給與圖6中的組件相同的組件，并且這里不再重復其具體說明。
首先，如圖7A所示，通過像所述MBE法或所述MOCVD法的晶體生長方法，在所述半導體襯底100之上以如下順序?qū)盈B下述層所述亞集電極層110；所述集電極層120；所述基區(qū)層130；所述第二發(fā)射極層401；所述第一發(fā)射極層402；所述發(fā)射極覆蓋層150；以及所述發(fā)射極接觸層160。
接著，如圖7B所示，在使用光刻膠形成用于形成所述發(fā)射極島的一個圖案之后，使用磷酸、雙氧水和水的一種混合溶液依次刻蝕所述發(fā)射極接觸層160、所述發(fā)射極覆蓋層150以及所述第一發(fā)射極層402，以便形成所述發(fā)射極島。在這個工藝當中，所述第二發(fā)射極層401幾乎不被刻蝕。
接著，如圖7C所示，在使用光刻膠形成用于形成所述基區(qū)島的一個圖案之后，使用用水稀釋過的鹽酸有選擇地刻蝕所述第二發(fā)射極層401。然后，使用所述刻蝕過的第二發(fā)射極層401作為一個掩膜板，用磷酸、雙氧水和水的一種混合溶液依次刻蝕所述基區(qū)層130和所述集電極層120，以形成所述基區(qū)島。
接著，如圖7D所示，在所述絕緣膜180淀積在整個所述表面上之后，打開對應(yīng)于所述集電極170、所述基區(qū)電極171和所述發(fā)射極電極172的接觸窗口，并且隨后，在各個窗口中形成電極金屬。用這種方式來制造本實施例所述的HBT。
如上所述，根據(jù)本實施例所述的HBT，所述發(fā)射極層400包括由InxGa1-xP制成的所述第二發(fā)射極層401以及由包含Al的一種半導體材料制成的所述第一發(fā)射極層402，并且所述第二發(fā)射極層401的厚度在3到15nm的范圍之內(nèi)。因此，能夠最好地利用InxGa1-xP對所述HBT的性能和可靠性的有益影響以及所述包含Al的半導體材料對所述HBT在高功率輸出的操作下的擊穿電壓的有益影響。換句話說，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓，同時充分利用具有高性能和高可靠性的所述InGaP/GaAs HBT的有利特性的HBT。
此外，根據(jù)本實施例所述的HBT，所述基區(qū)電極171在由InxGa1-xP制成的所述第二發(fā)射極層401之上形成，以便與所述基區(qū)層130形成歐姆接觸。因此，根據(jù)本實施例，與所述基區(qū)電極以高表面復合率在由一種包含Al的半導體材料制成的所述半導體層上形成以便與所述基區(qū)層形成歐姆接觸的情況相比，能夠降低所述基區(qū)中的復合電流，并因此實現(xiàn)一種具有高性能和高可靠性的HBT。
此外，根據(jù)本實施例所述的HBT，所述第二發(fā)射極層401由InxGa1-xP制成，且用于形成所述發(fā)射島的一個阻擋層。因此，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種可以以更高的精度進行刻蝕來形成所述發(fā)射極島的HBT。
第三實施例圖8是示出第三實施例中HBT結(jié)構(gòu)的截面圖。相同的參考數(shù)字分配給與圖3中的組件相同的組件，并且這里不再重復其具體說明。
本實施例所述的HBT具有一種多層結(jié)構(gòu)，包括以如下順序在所述半導體襯底100上形成的下述層所述亞集電極層110；所述集電極層120；所述基區(qū)層130；和一個發(fā)射極層600；所述發(fā)射極覆蓋層150；以及所述發(fā)射極接觸層160。
所述發(fā)射層600包括一個第一發(fā)射極層601和一個第二發(fā)射極層602，所述第二發(fā)射極層602在所述第一發(fā)射層601和所述基區(qū)層130之上形成，并覆蓋所述第一發(fā)射極層601。這里，所述第一發(fā)射極層601是一個由一種包含Al的半導體材料制成的非摻雜或n型層，而所述第二發(fā)射極層602是一個由InxGa1-xP制成的厚度在20到50nm之間的n型層，其中In的組分約為50％。這里，用于所述第一發(fā)射極層601的所述包含Al的半導體材料是例如氧化鋁、Al的組分約為10到15％的AlyGa1-yAs或類似的材料。
這里，所述第一發(fā)射極層601的厚度應(yīng)該為10nm或更薄，因為厚度超過10nm的所述第一發(fā)射極層601對所述發(fā)射極層600有太大的影響，并且由于復合電流的增加或類似情況對所述HBT的性能和可靠性具有很大的負面影響。另一方面，所述第一發(fā)射極層601的厚度應(yīng)該為3nm或更厚，因為厚度小于3nm的所述第一發(fā)射極層601對所述發(fā)射層600的影響太小，并且由于復合電流的增加或類似情況對所述HBT在高功率輸出的操作下的所述擊穿電壓的有益影響太小。
在所述亞集電極層110之上形成所述集電極170，通過熱擴散，在所述第二發(fā)射極層602之上形成所述基區(qū)電極171，以便與所述基區(qū)層130形成接觸，并且在所述發(fā)射極接觸層160之上形成所述發(fā)射極電極172。
在所述亞集電極層110、所述集電極層120、所述基區(qū)層130、所述發(fā)射極層600、所述發(fā)射極覆蓋層150和所述發(fā)射極接觸層160的沒有形成所述電極的暴露表面上形成所述絕緣膜180。
接著，下面將參照圖9A到圖9F中的截面圖說明具有上述結(jié)構(gòu)的所述HBT的制造方法。應(yīng)該注意到，相同的參考數(shù)字分配給與圖8中的相同組件的組件，并且這里不再重復其具體說明。
首先，如圖9A所示，通過像所述MBE法或所述MOCVD法的晶體生長方法，所述亞集電極層110、所述集電極層120和所述基區(qū)層130以此順序?qū)盈B在所述半導體襯底100之上。
接著，如圖9B所示，在使用光刻膠形成用于形成所述第一發(fā)射極層601的一個圖案之后，所述第一發(fā)射極層601在所述基區(qū)層130的所述預定區(qū)域上形成，在該區(qū)域通過所述晶體生長方法將要形成所述發(fā)射極島。
接著，如圖9C所示，通過所述晶體生長方法，所述第二發(fā)射極層602、所述發(fā)射極覆蓋層150和所述發(fā)射極接觸層160依次層疊在所述基區(qū)層130和所述第一發(fā)射極層601之上。
接著，如圖9D所示，在使用光刻膠形成用于形成所述發(fā)射極島的一個圖案之后，使用磷酸、雙氧水和水的一種混合溶液依次刻蝕所述發(fā)射極接觸層160和所述發(fā)射極覆蓋層150，以便形成所述發(fā)射極島。在這個工藝中，所述第二發(fā)射極層602幾乎不被刻蝕。
接著，如圖9E所示，在使用光刻膠形成用于形成所述基區(qū)島的一個圖案之后，使用用水稀釋的鹽酸有選擇地刻蝕所述第二發(fā)射極層602。用所述刻蝕過的第二發(fā)射極層602來作為一塊掩膜板，使用磷酸、雙氧水和水的一種混合溶液依次刻蝕所述基區(qū)層130和所述集電極層120，以便形成所述基區(qū)島。
接著，如圖9F所示，在所述絕緣膜180淀積在整個所述表面上之后，打開對應(yīng)于所述集電極170、所述基區(qū)電極171和所述發(fā)射極電極172的接觸窗口，并且隨后，在各個窗口中形成電極金屬。用這種方式來制造本實施例所述的HBT。
如上所述，根據(jù)本實施例中所述的HBT，所述發(fā)射極層600包括由包含Al的一種半導體材料制成的所述第一發(fā)射極層601以及由InxGa1-xP制成的所述第二發(fā)射極層602，并且所述第一發(fā)射層601的厚度在3到10nm的范圍之內(nèi)。因此，能夠最好地利用所述包含Al的半導體材料對所述HBT在高功率輸出的操作下的擊穿電壓的有益影響，同時將所述包含Al的半導體材料對所述HBT的性能和可靠性的負面影響抑制到最小的程度。換句話說，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓，同時充分利用具有高性能和高可靠性的所述InGaP/GaAs HBT的有利特性的HBT。
此外，根據(jù)本實施例所述的HBT，所述基區(qū)電極171在由InxGa1-xP制成的所述第二發(fā)射極層602之上形成，以便與所述基區(qū)層130形成歐姆接觸。因此，根據(jù)本實施例，與所述基區(qū)電極以高表面復合率在由AlyGa1-yAs制成的所述半導體層上形成以便與所述基區(qū)層形成歐姆接觸的情況相比，能夠降低所述基區(qū)中的復合電流，并因此實現(xiàn)一種具有高性能和高可靠性的HBT。
此外，根據(jù)本實施例所述的HBT，所述第二發(fā)射極層602由InxGa1-xP制成，且用作用于形成所述發(fā)射極島的一個阻擋層。因此，根據(jù)本實施例，能夠?qū)崿F(xiàn)一種可以以更高的精度進行刻蝕來形成所述發(fā)射極島的HBT。
雖然已經(jīng)通過參照所述附圖以舉例的方式全面介紹了本發(fā)明，但是應(yīng)該注意到對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，各種變化和修改都將是顯而易見的。因此，除了脫離本發(fā)明范圍之外的那些變化和修改，其余的變化和修改都應(yīng)該被認為包含在本發(fā)明當中。
工業(yè)實用性本發(fā)明可以應(yīng)用于一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，并且特別是用于諸如手機的無線通訊終端的一種放大器件或類似器件。
權(quán)利要求
1.一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括一個由GaAs制成的n型集電極層；一個由GaAs制成的且在所述集電極層之上形成的p型基區(qū)層；一個在所述基區(qū)層之上形成的n型或非摻雜第一發(fā)射極層；以及一個在所述第一發(fā)射極層之上形成的n型第二發(fā)射極層，其中所述第一發(fā)射極層由包含鋁的一種半導體材料制成，并且所述第二發(fā)射層由InxGa1-xP(0＜x＜1)制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層具有3nm到10nm范圍(包括3nm和10nm)內(nèi)的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第二發(fā)射極層在所述基區(qū)層之上形成，并覆蓋所述第一發(fā)射極層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由氧化鋁制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由氧化鋁制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第二發(fā)射層在所述基區(qū)層之上形成，并覆蓋所述第一發(fā)射極層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由氧化鋁制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
11.一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，包括一個由GaAs制成的n型集電極層；一個由GaAs制成的且在所述集電極層之上形成的p型基區(qū)層；一個在所述基區(qū)層之上形成的n型第二發(fā)射極層；以及一個在所述第二發(fā)射極層之上形成的n型或非摻雜第一發(fā)射極層，其中所述第一發(fā)射極層由包含鋁的一種半導體材料制成，并且所述第二發(fā)射層由InxGa1-xP(0＜x＜1)制成，且具有3nm到15nm(包括3nm和15nm)范圍之內(nèi)的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由氧化鋁制成。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，其中所述第一發(fā)射極層由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
14.一種制造異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的方法，包括在一個半導體襯底上依次層疊一個由GaAs制成的n型集電極層和一個由GaAs制成的p型基區(qū)層；在所述基區(qū)層的一個預定區(qū)域之上形成一個n型或非摻雜第一發(fā)射極層，所述第一發(fā)射極層由包含鋁的一種半導體制成；以及在所述基區(qū)層的除了所述預定區(qū)域之外的區(qū)域并在所述第一發(fā)射極層之上形成一個n型第二發(fā)射極層，所述第二發(fā)射極層由InxGa1-xP(0＜x＜1)制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一發(fā)射極層由AlyGa1-yAs(0＜y＜1)制成。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種在高功率輸出的操作下具有提高的擊穿電壓的異質(zhì)結(jié)雙極晶體管，所述異質(zhì)結(jié)雙極晶體管包括一個GaAs半導體襯底；一個n
文檔編號H01L29/205GK1667804SQ20051000599
公開日2005年9月14日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月9日
發(fā)明者村山啟一, 太田順道, 田村彰良 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社