本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，特別是涉及一種化合物半導(dǎo)體異質(zhì)接面雙極晶體管。

背景技術(shù)：

一般異質(zhì)接面雙極晶體管外延結(jié)構(gòu)在集電極層設(shè)計(jì)上，均是選擇與基極層同質(zhì)或異質(zhì)材料形成所謂單異質(zhì)接面或雙異質(zhì)接面晶體管，再以高摻雜濃度方式或較厚厚度方式設(shè)計(jì)次集電極層用以形成集電極歐姆金屬接觸。故其集電極之雜散電阻值決定于次集電極層高摻雜濃度值與厚度值，及后續(xù)工藝制程中的金屬退火程序；另外集電極至基極間距離的器件布局的設(shè)計(jì)，亦對(duì)其雜散電阻有所影響。雜散電阻的存在影響了異質(zhì)接面雙極晶體管的性能。

常見降低雜散集電極電阻方法包括：(1)集電極至基極間距離的器件布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，但該方式有一定的距離限制，此距離最小為1～1.8微米，應(yīng)用受限；(2)增加次集電極層之厚度與高摻雜濃度，但該方法在增加次集電極層厚度時(shí)，于芯片工藝階段會(huì)增加困難，包括在濕式蝕刻過程中，對(duì)器件形貌易有明顯側(cè)壁刻蝕過頭情形；或離子布植過程中需以更大能量或濃度做植入才可使器件作有效隔離等缺點(diǎn)；(3)工藝制程中的金屬退火程序優(yōu)化，如退火時(shí)間與溫度，但該方法不易控制，容易出現(xiàn)金屬表面過于粗糙化紋理，或像豹紋斑狀塊狀、節(jié)結(jié)狀或水泡狀缺陷；或由傳輸線量測(cè)(transmission line measurement；TLM)方式會(huì)得到非線性的雜散電阻特性結(jié)果等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種化合物半導(dǎo)體異質(zhì)接面雙極晶體管，其克服了現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種化合物半導(dǎo)體異質(zhì)接面雙極晶體管，包括集電極層、次集電極層以及設(shè)置于集電極層和次集電極層之間的中間層；所述集電極層和次集電極層分別由GaAs構(gòu)成，所述中間層包括能隙小于GaAs的材料。

優(yōu)選的，所述中間層由In_xGaAs構(gòu)成，其中0＜x≤0.4。

優(yōu)選的，所述中間層的厚度為所述集電極層厚度的0.5％～1％。

優(yōu)選的，所述中間層由In_xGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中0＜x≤0.4。

優(yōu)選的，所述超晶格結(jié)構(gòu)的周期范圍是1～100。

優(yōu)選的，所述次集電極層的摻雜濃度高于所述集電極層，或所述次集電極層的厚度大于所述集電極層；所述次集電極層上形成有集電極電極。

優(yōu)選的，還包括設(shè)于所述集電極層之上，并由GaAs構(gòu)成的基極層；設(shè)于所述基極層之上，并由InGaP構(gòu)成的發(fā)射極層；設(shè)于所述發(fā)射極層之上，并由GaAs構(gòu)成的發(fā)射極接觸間隙層；以及設(shè)于所述發(fā)射極接觸間隙層之上，并由InGaAs構(gòu)成的發(fā)射極接觸層。

本發(fā)明將低能隙材料導(dǎo)入集電極層和次集電極層之間形成中間層，在次集電極的厚度和摻雜濃度為一普通條件下，可降低集電極之雜散阻值，改善基于化合物半導(dǎo)體異質(zhì)接面雙極晶體管功率的放大器件的直流功耗，提高器件的附加功率效率?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)的功率放大器應(yīng)用于移動(dòng)電話等手持式裝置時(shí)，可增加待機(jī)時(shí)間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的外延結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的局部外延結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的各附圖僅為示意以更容易了解本發(fā)明，其具體比例可依照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。文中所描述的圖形中相對(duì)元件的上下關(guān)系，在本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解是指構(gòu)件的相對(duì)位置而言，因此皆可以翻轉(zhuǎn)而呈現(xiàn)相同的構(gòu)件，此皆應(yīng)同屬本說明書所揭露的范圍。此外，圖中所示的元件及結(jié)構(gòu)的個(gè)數(shù)、層的厚度及層間的厚度對(duì)比，均僅為示例，并不以此進(jìn)行限制，實(shí)際可依照設(shè)計(jì)需求進(jìn)行調(diào)整。

參考圖1，一實(shí)施例的一種化合物半導(dǎo)體異質(zhì)接面雙極晶體管(HBT)的外延結(jié)構(gòu)，包括由下至上依次層疊的襯底1、次集電極層2、中間層3、集電極層4、基極層5、發(fā)射極層6、發(fā)射極接觸間隙層7和發(fā)射極接觸層8。以InGaP/GaAs型HBT為例，襯底1為半絕緣GaAs；次集電極層2和集電極層4為n型GaAs，且次集電極層2的摻雜濃度高于集電極層4；中間層3為In_xGaAs，其中0＜x≤0.4；基極層5為p型GaAs，發(fā)射極層6為InGaP，兩者之間形成異質(zhì)結(jié)；發(fā)射極接觸間隙層7為n型GaAs，發(fā)射極接觸層8為InGaAs。上述外延結(jié)構(gòu)通過MOCVD(有機(jī)金屬化學(xué)氣相生長(zhǎng)法)或MBE(分子束外延生長(zhǎng)法)等方式結(jié)晶生長(zhǎng)形成，并通過蝕刻、金屬沉積等分別在次集電極層2上形成集電極電極、基極層5上形成基極電極以及發(fā)射極接觸層8上形成發(fā)射極電極。

本實(shí)施例中，中間層3為能隙小于GaAs的In_xGaAs，厚度為集電極層4的0.5％～1％，具體，中間層3厚度為應(yīng)力補(bǔ)償后不超過依據(jù)Mattews and Blakeslee模型所計(jì)算之臨界厚度，藉由半導(dǎo)體技術(shù)中能帶工程勢(shì)壘層的改變，可降低集電極雜散電阻與集電極金屬歐姆接觸阻值，而無需增加次集電極層2的厚度或者摻雜濃度，也僅需依常規(guī)退火條件即可。舉例來說，常規(guī)的次集電極層厚度為0.3～0.8μm，集電極層的厚度為0.5～1.2μm，在此前提下，于兩者之間形成厚度為3～15nm的In_xGaAs中間層，可顯著降低勢(shì)壘而實(shí)現(xiàn)降低電阻的目的，且隨著In組分的增加(x值變大)其勢(shì)壘層變低，效果更為明顯。

本實(shí)施例的HBT可應(yīng)用于3G/4G功率放大器。對(duì)于功率放大器，附加功率效率(PAE)是一個(gè)重要的參數(shù)。PAE定義為輸出功率Pout與輸入功率Pin之差與直流輸入功率Pdc的比：(Pout-Pin)/Pdc。PAE是表示效率質(zhì)量的指針，該值越大就越能夠抑制功率放大器的功率耗損。通過中間層3的設(shè)置降低集電極層的雜散電阻值，亦即降低器件直流功率，提高了PAE，改善了整體性能。上述3G/4G功率放大器應(yīng)用于移動(dòng)電話等手持式裝置時(shí)，可增加待機(jī)時(shí)間。

參考圖2，實(shí)施例2與實(shí)施例1的HBT外延結(jié)構(gòu)差別在于，其中間層9是由In_xGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中0＜x≤0.4。具體，In_xGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)是由In_xGaAs薄層91和GaAs薄層92交替生長(zhǎng)并保持嚴(yán)格周期性的多層膜，各薄層的厚度均在幾個(gè)納米到幾十納米之間。該超晶格結(jié)構(gòu)中In_xGaAs薄層91厚度為應(yīng)力補(bǔ)償后不超過依據(jù)Mattews and Blakeslee模型所計(jì)算之臨界厚度。中間層9的超晶格結(jié)構(gòu)，其兩端最末層均為In_xGaAs薄層91，周期范圍是1～100。借由In_xGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)形成量子阱，且通過In組分增加使量子阱中的載子濃度提高，從而降低了集電極雜散電阻與集電極金屬歐姆接觸阻值。具體，In_xGaAs/GaAs超晶格結(jié)構(gòu)中間層9中，各In_xGaAs薄層91的x數(shù)值可相同或不同。

上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種化合物半導(dǎo)體異質(zhì)接面雙極晶體管，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。