具有阻隔層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)接面雙極性晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)一種異質(zhì)接面雙極性晶體管(Heterojunct1n BipolarTransistor ；HBT)，尤其是在由N型至少包含Te及/或Se摻雜形成的次集極層上形成以至少包含IV族原子為摻雜雜質(zhì)的II1-V族半導(dǎo)體的阻隔層結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]異質(zhì)接面雙極性晶體管(Heterojunct1nBipolar Transistor ；HBT)是一種雙極性晶體管，藉由射極及基極使用不同的半導(dǎo)體材料形成異質(zhì)接面，使得異質(zhì)接面雙極性晶體管比一般的雙極性晶體管具有更好的高頻訊號(hào)特性，可以工作在高達(dá)數(shù)百GHz的訊號(hào)下。所以，異質(zhì)接面雙極性晶體管在現(xiàn)今的高速電路、射頻系統(tǒng)及移動(dòng)電話中應(yīng)用十分廣泛。
[0003]為了提升異質(zhì)接面雙極性晶體管的元件特性，可由降低異質(zhì)接面雙極性晶體管的寄生效應(yīng)(parasitic effect)著手，例如，降低異質(zhì)接面雙極性晶體管的集極及射極的寄生電阻，達(dá)到降低膝電壓(knee voltage)，因此，在現(xiàn)有技術(shù)中，普遍地藉由在次集極層中增加載子濃度，用以降低次集極層片電阻(sheet resistance)及集極歐姆接觸電阻(collector ohmic contact resistance)來達(dá)到降低膝電壓(knee voltage)的效果。
[0004]—般而言，異質(zhì)接面雙極性晶體管包括在基板上由下至上依序堆棧的一次集極層(subcollector layer)、一集極層、一基極層、一射極層、一射極蓋層及一歐姆接觸層，其中，次集極層是以高度摻雜Si來形成，但是，最高活化的載子濃度于Si摻雜的次集極層約為6X10lscm 3，這限制了異質(zhì)接面雙極性晶體管集極寄生電阻與集極接觸電阻的降低，況且在高溫下，載子在高度Si摻雜的次集極層會(huì)產(chǎn)生去活化(de-activat1n)效應(yīng)，導(dǎo)致活化的載子濃度下降，使集極寄生電阻與集極接觸電阻上升，劣化元件特性。而摻雜Te或Se雜質(zhì)的次集極層則可避免上述缺點(diǎn)，最高載子濃度在Te或Se摻雜的次集極層中可高達(dá)2 X 1019cm 3以上，能有效降低集極寄生電阻與集極接觸電阻來達(dá)到元件特性的提升，且Te或Se具有低擴(kuò)散(diffusivity)及低去活化率(de-activat1n rate)的特性，即使在高溫下也能維持高活化載子濃度，不使元件特性劣化。
[0005]然而，現(xiàn)有技術(shù)中具有高度摻雜Te或Se的次集極層的異質(zhì)接面雙極性晶體管，因次集極層中高度摻雜Te或Se將會(huì)產(chǎn)生許多缺陷，例如，鎵空缺(Ga vacancy ；Vj及其相關(guān)的復(fù)合物(如，Ga vacancy-Te donor complex ；VGa-TeAs)而這些缺陷將會(huì)擴(kuò)散至堆桟在次集極層上方的所有堆棧層，不但可能造成異質(zhì)接面雙極性晶體管的電流增益(CurrentGain)下降，也可能在次集極層上方的集極層的載子形成空乏，此載子空乏會(huì)增加集極層與次集極層的接面電阻，形成異質(zhì)接面雙極性晶體管額外的集極寄生電阻。也會(huì)使得原先設(shè)計(jì)的基極-集極電容與基極-集極偏壓的關(guān)系改變而難以預(yù)測(cè)基極-集極電容，增加設(shè)計(jì)的難度。
[0006]因此，需要一種具有阻隔層結(jié)構(gòu)的異質(zhì)接面雙極性晶體管，能在一部份或全部次集極層中高度摻雜Te及/或Se，降低晶體管的集極電阻及膝電壓并同時(shí)能避免集極層的載子空乏造成的基極-集極電容改變及電流增益下降，以增進(jìn)異質(zhì)接面雙極性晶體管的整體電氣特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的一主要目的為提供一種異質(zhì)接面雙極性晶體管，包括:一基板，由GaAs形成；一次集極層，堆棧在該基板上，且一部份或全部次集極層由摻雜雜質(zhì)至少包含Te及/或Se的N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一阻隔層結(jié)構(gòu)，直接或間接地堆棧在該次集極層上，且由以至少包含IV族原子為摻雜雜質(zhì)的N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一集極層，堆棧在該阻隔層結(jié)構(gòu)上，且由N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一基極層，堆棧在該集極層上，且由P型II1-V族半導(dǎo)體形成；一射極層，堆棧在該基極層上，且由不同于基極層的N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一射極蓋層，堆棧在該射極層上，且由N型II1-V族半導(dǎo)體形成；以及一歐姆接觸層，堆棧在該射極蓋層上，并由N型II1-V族半導(dǎo)體形成。
[0008]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可直接地堆棧在該次集極層上。
[0009]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由單一阻隔層及多個(gè)阻隔層的其中之一形成。
[0010]根據(jù)本發(fā)明，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由以至少包含IV族原子為摻雜雜質(zhì)的N型II1-V族半導(dǎo)體形成，其中該阻隔層結(jié)構(gòu)中的IV族原子摻雜總量(total group IV elementsdosage)為一阻隔層的厚度T或多個(gè)阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個(gè))阻隔層的IV族原子慘雜濃度D(group IV elements dosage concentrat1n)可大于或等于lX1012cm2(亦即，ΣΤΧ? 會(huì) lX1012cm2)。
[0011]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個(gè)阻隔層的厚度Τ的總和乘以該(多個(gè))阻隔層的IV族原子摻雜濃度D可大于或等于1 X 1013cm 2 (亦即，ΣΤΧ? 會(huì) 1 X 1013cm 2)。
[0012]最佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個(gè)阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個(gè))阻隔層的IV族原子摻雜濃度D可大于或等于1 X 1014cm 2 (亦即，ΣΤΧ? 會(huì) 1 X 1014cm 2)。
[0013]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可至少包含一阻隔層，且其IV族原子摻雜濃度可大于或等于 1 X 1018cm 3 ο
[0014]根據(jù)本發(fā)明，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaP、InGaAsP、GaAsSb、InGaAsN、AlAs及AlGalnP的至少其中之一形成，或者可由上述的材料的組合及/或超晶格(superlattice)形成。
[0015]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由GaAs、InGaAs、GaAsSb、InGaAsN、InGaAsP 及 InGaP 的至少其中之一形成，或者可由上述的材料的組合及/或超晶格(superlattice)形成。
[0016]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)的IV族摻雜原子可由S1、Ge及Sn的至少其中之一形成。
[0017]最佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)的IV族摻雜原子可由Si形成。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法磊晶成長(zhǎng)，且成長(zhǎng)該阻隔層結(jié)構(gòu)的材料可包括 III 族材料:TMA1、TEA1、TMIn、TEIn、TIPIn、TMGa、TEGa、TIPGa、TIBGa 及 TTBGa 的至少其中之一以及 V 族材料:PH3、TBP、AsH3、DMAs、TMAs、TEAs、DEAs、TBAs、TESb、TMSb、DMHy、MMHy 及 NH3的至少其中之一。
[0019]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積法磊晶成長(zhǎng)，且成長(zhǎng)該阻隔層結(jié)構(gòu)的材料可包括III族材料:TMIn、TMGa及TEGa的至少其中之一以及V族材料:PH3、TBP、AsH3、TBAs、TESb及NH3的至少其中之一。
[0020]較佳地，該集極層可由N型GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaP及InGaAsP的至少其中之一形成，該基極層可由P型GaAs、InGaAs、InGaAsN及GaAsSb的至少其中之一形成，該射極層可由N型AlGalnP、InGaP、InGaAsP及AlGaAs的至少其中之一形成，該射極蓋層可由N型GaAs、InGaP、InGaAsP及AlGaAs的至少其中之一形成，該歐姆接觸層可為N型GaAs及InGaAs的至少其中之一形成。
[0021]再者，根據(jù)本發(fā)明另一較佳實(shí)施例，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種異質(zhì)接面雙極性晶體管，包括:一基板，由GaAs形成；一晶體管，直接或間接地堆棧在該基板上；一次集極層，堆棧在該晶體管上，且一部份或全部次集極層由摻雜雜質(zhì)至少包含Te及/或Se的N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一阻隔層結(jié)構(gòu)，直接或間接地堆棧在該次集極層上，且由以至少包含IV族原子為摻雜雜質(zhì)的N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一集極層，堆棧在該阻隔層結(jié)構(gòu)上，且由N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一基極層，堆棧在該集極層上，且由P型II1-V族半導(dǎo)體形成；一射極層，堆棧在該基極層上，且由不同于基極層的N型II1-V族半導(dǎo)體形成；一射極蓋層，堆棧在該射極層上，且由N型II1-V族半導(dǎo)體形成；以及一歐姆接觸層，堆棧在該射極蓋層上，且由N型II1-V族半導(dǎo)體形成。
[0022]該晶體管可為場(chǎng)效晶體管(Field-Effect Transistor ;FET)，較佳地，該晶體管可為假性高電子遷移率晶體管(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor ；pHEMT)。
[0023]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可直接地堆棧在該次集極層上。
[0024]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由單一阻隔層及多個(gè)阻隔層的其中之一形成。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由以至少包含IV族原子為摻雜雜質(zhì)的N型II1-V族半導(dǎo)體形成，其中該阻隔層結(jié)構(gòu)中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個(gè)阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個(gè))阻隔層的IV族原子摻雜濃度D可大于或等于1 X 1012cm 2 (亦即，ΣΤΧ? 會(huì) 1 X 1012cm 2)。
[0026]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個(gè)阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個(gè))阻隔層的IV族原子摻雜濃度D可大于或等于1 X 1013cm 2 (亦即，ΣΤΧ? 會(huì) 1 X 1013cm 2)。
[0027]最佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個(gè)阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個(gè))阻隔層的IV族原子摻雜濃度D可大于或等于1 X 1014cm 2 (亦即，ΣΤΧ? 會(huì) 1 X 1014cm 2)。
[0028]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可至少包含一阻隔層，且其IV族原子摻雜濃度可大于或等于 1 X 1018cm 3 ο
[0029]根據(jù)本發(fā)明，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由GaAs、AlGaAs、InGaAs、InGaP、InGaAsP、GaAsSb、InGaAsN、AlAs及AlGalnP的至少其中之一形成，或者可由上述的材料的組合及/或超晶格(superlattice)形成。
[0030]較佳地，該阻隔層結(jié)構(gòu)可由GaAs、InGaAs、GaAsSb、InGaAsN、InGaAsP 及 InGaP 的至少其中之一形成，或者可由上述的材料的組合及/或超晶格(superlattice)形成