具有阻隔層結構的異質接面雙極性晶體管的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明是有關一種異質接面雙極性晶體管(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族原子為摻雜雜質的II1-V族半導體的阻隔層結構。
【背景技術】
[0002]異質接面雙極性晶體管(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體材料形成異質接面，使得異質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特性，可以工作在高達數百GHz的訊號下。所以，異質接面雙極性晶體管在現今的高速電路、射頻系統及移動電話中應用十分廣泛。
[0003]為了提升異質接面雙極性晶體管的元件特性，可由降低異質接面雙極性晶體管的寄生效應(parasitic effect)著手，例如，降低異質接面雙極性晶體管的集極及射極的寄生電阻，達到降低膝電壓(knee voltage)，因此，在現有技術中，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)來達到降低膝電壓(knee voltage)的效果。
[0004]—般而言，異質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摻雜的次集極層會產生去活化(de-activat1n)效應，導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雜質的次集極層則可避免上述缺點，最高載子濃度在Te或Se摻雜的次集極層中可高達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到元件特性的提升，且Te或Se具有低擴散(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，現有技術中具有高度摻雜Te或Se的次集極層的異質接面雙極性晶體管，因次集極層中高度摻雜Te或Se將會產生許多缺陷，例如，鎵空缺(Ga vacancy ；Vj及其相關的復合物(如，Ga vacancy-Te donor complex ；VGa-TeAs)而這些缺陷將會擴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，此載子空乏會增加集極層與次集極層的接面電阻，形成異質接面雙極性晶體管額外的集極寄生電阻。也會使得原先設計的基極-集極電容與基極-集極偏壓的關系改變而難以預測基極-集極電容，增加設計的難度。
[0006]因此，需要一種具有阻隔層結構的異質接面雙極性晶體管，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，以增進異質接面雙極性晶體管的整體電氣特性。
【發明內容】
[0007]鑒于上述現有技術的缺點，本發明的一主要目的為提供一種異質接面雙極性晶體管，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至少包含Te及/或Se的N型II1-V族半導體形成；一阻隔層結構，直接或間接地堆棧在該次集極層上，且由以至少包含IV族原子為摻雜雜質的N型II1-V族半導體形成；一集極層，堆棧在該阻隔層結構上，且由N型II1-V族半導體形成；一基極層，堆棧在該集極層上，且由P型II1-V族半導體形成；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族半導體形成。
[0008]較佳地，該阻隔層結構可直接地堆棧在該次集極層上。
[0009]較佳地，該阻隔層結構可由單一阻隔層及多個阻隔層的其中之一形成。
[0010]根據本發明，該阻隔層結構可由以至少包含IV族原子為摻雜雜質的N型II1-V族半導體形成，其中該阻隔層結構中的IV族原子摻雜總量(total group IV elementsdosage)為一阻隔層的厚度T或多個阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個)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 lX1012cm2)。
[0011]較佳地，該阻隔層結構中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個阻隔層的厚度Τ的總和乘以該(多個)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 1 X 1013cm 2)。
[0012]最佳地，該阻隔層結構中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個)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 1 X 1014cm 2)。
[0013]較佳地，該阻隔層結構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]根據本發明，該阻隔層結構可由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，該阻隔層結構可由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，該阻隔層結構的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，該阻隔層結構的IV族摻雜原子可由Si形成。
[0018]根據本發明，該阻隔層結構可由有機金屬化學氣相沉積法磊晶成長，且成長該阻隔層結構的材料可包括 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，該阻隔層結構可由有機金屬化學氣相沉積法磊晶成長，且成長該阻隔層結構的材料可包括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，根據本發明另一較佳實施例，本發明進一步提供一種異質接面雙極性晶體管，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至少包含Te及/或Se的N型II1-V族半導體形成；一阻隔層結構，直接或間接地堆棧在該次集極層上，且由以至少包含IV族原子為摻雜雜質的N型II1-V族半導體形成；一集極層，堆棧在該阻隔層結構上，且由N型II1-V族半導體形成；一基極層，堆棧在該集極層上，且由P型II1-V族半導體形成；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族半導體形成。
[0022]該晶體管可為場效晶體管(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，該阻隔層結構可直接地堆棧在該次集極層上。
[0024]較佳地，該阻隔層結構可由單一阻隔層及多個阻隔層的其中之一形成。
[0025]根據本發明，該阻隔層結構可由以至少包含IV族原子為摻雜雜質的N型II1-V族半導體形成，其中該阻隔層結構中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個)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 1 X 1012cm 2)。
[0026]較佳地，該阻隔層結構中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個)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 1 X 1013cm 2)。
[0027]最佳地，該阻隔層結構中的IV族原子摻雜總量為一阻隔層的厚度T或多個阻隔層的厚度T的總和乘以該(多個)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 1 X 1014cm 2)。
[0028]較佳地，該阻隔層結構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]根據本發明，該阻隔層結構可由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，該阻隔層結構可由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