366_088-117CP-TW

跳到主要內容區

:::

366_088-117CP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

發明專利說明書
	※申請案號：
	※申請日期：　　　　　　　　　　※ＩＰＣ分類：

一、發明名稱： (中文/英文)
	一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體 (全文下載)
二、申請人：共人
	指定為應受送達人

三、發明人：

◎專利代理人：


四、聲明事項

	□主張專利法第二十七條第一項國際優先權：
	□主張專利法第二十九條第一項國內優先權：
	□ 主張專利法第二十六條微生物：
□ 熟習該項技術者易於獲得，不須寄存

五、中文發明摘要：
	一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，係以砷化銦鎵鋁/磷化銦作為射-基極之異質接面，使其於元件特性上展現較低之集-射極補償電壓及較高之電流增益值，由於其導電帶為連續性，故無位障尖峰之存在，使該電晶體不僅可減低補償電壓，並可增加電子注入效率;而另一方面，砷化銦鎵鋁/磷化銦之較大價電帶不連續度，加上射-基極異質接面處引入一空間層(spacer) 與一單原子摻雜平面層(delta-doping sheet)，使其能阻擋大部分少數載子(電洞)由基極進入射極，進而減少與多數載子(電子)復合的機會，致使電流增益的增加。

六、英文發明摘要：


七、指定代表圖：
（一）本案指定代表圖為：
（二）本代表圖之元件代表符號簡單說明：


八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：


九、發明說明：
	[發明內容] 【技術領域】本發明係關於一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，特別是關於一種具有低集一射極補償電壓與飽和電壓，以減少功率之消耗，並具高電流增益之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體。【先前技術】近年來，以有機金屬化學氣相沈積法(MOCVD)於砷化鎵(GaAs)與磷化銦(InP)基板上成長三元化合物異質接面雙極性電晶體(HeterojunctionBipolarTransistor,HBT)之製造技術已漸趨成熟，而此類元件之應用範圍亦相當廣泛；然而在電流一電壓特性上卻難以避免集一射極補償電壓(collect- emitteroffsetvoltage)過大的情沉發生，進而造成無謂的功率損耗，因其於異質接面雙極性電晶體之射一基極接面會形成不連續導電帶差值(AEC)，該差值於能帶上會形成位障尖峰(potentialspike)，此位障尖峰不僅阻擋多數載子(電子) 由射極傳輸至基極，並增加集一射極補償電壓與基一射極導通電壓(base-emitterturn-onvoltage)，造成異質接面處複合率 (recombinationrate)增加，進而降低電子注入之效率；而為改良這種位障尖峰之方法有兩種方式： 1.使用漸變式(graded)射一基極異質接面。 2.使用異質結構射極(heterostructure-emitter)的方法。但因漸變式射一基極異質接面在元件成長上會增加其困難度及複雜度，故較不易達成；而採用異質結構射極的方法則會減少單異質接面雙極性電晶體應有的電流增益，由於這些缺點使得單異質接面雙極性電晶體在電路應用上仍有不必要的功率消耗。由此可見，上述習用物品仍有諸多缺失，實非一良善之設計者，而亟待加以改良。本案發明人鑑於上述習用之異質接面雙極性電晶體所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本件一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體。【發明目的】本發明之目的即在於提供一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，並於射基極異質接面處引入空間層與單一原子摻雜平面層，以提昇載子有效之注入效率。本發明之次目的即在於提供一種同時具有低補償電壓、低導通電壓、低飽和電壓、高電流增益之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體。本發明之另一目的係在於提供一種補償電壓小於 50mA、電流增益大於80，使其可應用於蓬勃發展之國防、民生無線通訊及光電產品之高速、高功率放大器電路上之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體。【技術內容】具有上述優點之本件一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，係於磷化銦基板上磊晶成長一種新的低補償電壓、高電流增益的砷化銦嫁鋁/磷化銦 (Ino.₅₃Gao.₂₂AIo.₂₅As/InP)異質接面雙極性電晶體；其係選擇與磷化銦晶格匹配之四元化合物砷化銦嫁鋁作為射極載子侷限層(confinementlayer)，因該材料除具連續之導電帶(△ Ec=OeV)可有效消除位障尖峰外，其價電帶不連續值(△ Ev=260meV)更較許多常見之材料系統大，故能有效的阻擋少數載子(電洞)由基極進入射極，進而增加電流增益值；此外，經由理論的模擬設計，在射-基極異質接面加入一單原子摻雜平面層與一空間層，其目的在使基一射極電壓能夠跨在此區域，因而使射極的能帶拉低，以增加電洞的侷限能力，並經由實驗結果顯示，本元件的集一射極補償電壓小於5OmV，電流增益大於80，因此，基於上述優點可知，本元件非常適合用於高速、低功率消耗之數位及類比放大電路；此外，由於砷化銦錄鋁/磷化銦材料系統的光譜特性及其在光電元件(如雷射、光接收器等)上的應用，使其亦適合用於以磷化銦為基板之光電積體整合電路 (optoelectronicintegratedcircuits，OEICs)製作。【較佳實施例】請參閱圖一所示，係本發明所提供之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體之結構圖，其係由多層之結構所組成，而其結構由下而上依次為： 1.n+型磷化銦(InP)材料形成之基板1； 2.厚度為2000、濃度為n+=5x10¹⁸cm^-3之磷化銦(InP)材料形成之次集極層2； 3.厚度為5000、濃度n=5x10¹⁶cm^-3砷化銦嫁鋁 (Ino.₅₃Gao.₂₅Alo.₂₂As)材料形成之集極層3； 4.厚度為50、無摻雜之砷化銦鋁(Ino.₅₃Gao.₂₅AIo.,₂₂As) 材料形成之空間層4； 5.厚度為1000、濃度p+=1x10¹⁹cm^-3砷化銦錄鋁 (Ino.₅₃Gao.₂₅Alo.₂₂As)材料形成之基極層5； 6.厚度為50，無摻雜之砷化銦錄鋁(Ino.₅₃Gao.₂₅Alo.₂₂As) 材料形成之空間層6； 7.濃度為δ(n+)=2x10¹²cm^-2砷化銦鎵鋁 (Ino.53Gao.25AIo.22As)材料所形成之單原子摻雜平面層7； 8.厚度為1000、濃度n=5x10¹⁷cm^-3磷化銦(InP)材料形成之射極層8； 9.厚度為3000，濃度n+=3x10¹⁸cm^-3，砷化銦鎵(InGaAs) 材料形成之歐姆接觸層9。因磷化銦為大能隙之材料，故將其做為射極層時，能作為少數載子(電洞)之障壁侷限層，而基極層則是以與磷化銦晶格匹配的砷化銦鎵鋁為材料，因該砷化銦鎵鋁係為小能隙之材料，故其材料特性將使得接面處導電帶得以連續，進而無傳統異質接面之位障尖峰的存在，並可消除電子阻擋效應，而在其射極與基極接面間加入一單原子摻雜平面層及一未摻雜空間層，將可以減少複合 )電流；因此，本發明元件將同時具有低補償電壓、低導通電壓、低飽和電壓、高電流增益等優點。請參開圖二A、B所示，係本發明所提供之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體於熱平衡時與順向操作時之能帶圖，因其射-基極接面處導電帶為連續性，故並無位障尖峰之存在，導致由射極進入基極的電子不會被阻擋，進而降低導通電壓；同時，由於射-基極接面處價電帶不連續值甚大，使得由基極進入射極之電洞被此不連續之價電帶阻擋住，故可有效提升射極注入效率(emitterinjectionefficiency,)，以提高電流增益。請參閱圖三所示，係本發明所提供之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體於交流模式之特性曲線圖，其係為原點附近特性之放大圖；本元件於第一象限中係工作於主動區，而在第三象限，則是工作於反向動作區，故集一射極電壓與集極電流均為負值，而此區之特性曲線十分平滑，並無膝形特性或穿透效應(reach- througheffect)之現象出現，並由圖中可知當I_B為150μA時，反向電流增益Br為0.2，且集-射極補償電壓為45mV，並經由理論的計算分析，得到一個近似於零的位障尖峰值，因此，證明本元件之射-基極接面具有連續導電帶之優異特性。請參閱圖四所示，係本發明所提供之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體集極與基極電流對基-射極電壓之特性曲線圖，其於非串聯電阻之影響區域時，集極電流之理想因子為1.08，非常接近於理想的1，相對地，基極電流的理想因子為1.58；故由此數據可知，基極的主要構成電流以空乏區複合電流為主，我們相信此複合電流主要是由射一基極間的空間層所產生，另一方面，在基極電流為300nA時即開始有電流增益，證明本元件可應用於小電流之放大電路。【特點及功效】本發明所提供之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，與其他習用技術相互比較時，更具有下列之優點： 1.本發明為研製一種新型、高速、低功率消耗微波功率電晶體，非常適合應用於高速、低功率消耗之數位與類比電路及光電積體整合電路。 2.本發明元件係為一種同時具備低補償電壓、低飽和電壓、高電流增益等諸多優點之電晶體。 3.本發明元件經由實驗結果顯示，其補償電壓小於 54mV、飽和電壓小於1V、電流增益大於80，藉由此優異之特性，將使其可應用於蓬勃發展之國防、民生無線通訊產品之高速、高功率之放大器電路上。上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。綜上所述，本案不但在技術思想上確屬創新，並能較習用物品增進上述多項功效，應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。參考文獻 [1]J.Bohrer，A.KrostandD.B.Birnberg.Appl.Phys.Lett..Vol.63. No.14,(1993)，pp.1918-1920. [2]A.H.Hanson,S.T.Stockman,andG.E.Stillman,IEEE Electron DeviceLett.Vol.14，No.I：(1991)).pp.25-28. [3]T.Won.andH.Morkoc，IEEEElectronDeviceLett.，10(1989)138. [4]W.Liu,A.C.Seabaugh.T.S.Henderson，A。Yuksel.E.A.Beam III，andS.K.Fan1993IEEETrans.ElectronDevices.401384. [5]Y.H.Wu.J.S.Su.W.C.Hsu.W.C.Liu,Appl.Phys.Lett.,Vol. 66.No.3，(1995).pp，347-348. [6]Y.H.Wu.J.S.Su.W.C.Hsu,W.C.Liu，Solid-StateElectron.， Vol.38：No.10，(1995)，pp.1755-1757. [7]W.C.LiuandW.S.Lour,IEEEElectronDeviceLett.，12(1991)474. [8]W.C.Liu,S.Y.Cheng,J.H，Tsai.P.H.Lin.J.Y.ChenandW。C。Wa， IEEEElectronDeviceLett.，18(1997)515. [9]S.Y.Cheng_H.J.Pan,Y，H.Shie.J.Y.Chen,W.L.chang.W.c，Wang P.H.LinandW.C.Liu，Semicond.Sci.Technol.，13(1998)1-6. [圖式簡單說明] 第一圖為本發明一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體之結構圖；第二圖A為本發明一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體於熱平衡時之能帶圖；第二圖B為本發明一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體於順向操作時之能帶圖；第三圖為本發明一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體於交流模式之特性曲線圖；以及第四圖為本發明一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體之集極與基極電流對基-射極電壓之特性曲線圖。

十、申請專利範圍：
	1.一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其主要係由多層結構所組成，該多層結構由下而上依序為一基板；一次集極層；一集極層；一基極層；一能與基極層形成連續性導電帶結構之射極層；一歐姆接觸層。　　2.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該基板係由n+型磷化銦材料所形成。　　3.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該次集極層係由n+型砷化銦鎵鋁及其他四元及四元以上之化合物材料所形成。　　4.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該集極層係由n型砷化銦鎵鋁及其他四元及四元以上之化合物材料所形成。　　5.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該基極層係由p+型砷化銦鎵鋁材料所形成。　　6.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該基極層亦可由空間層p+型砷化銦鎵鋁及其他四元及四元以上之化合物材料-空間層之結構形成。　　7.如申請專利範圍第6項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該空間增係由無摻雜型砷化銦鎵鋁及其他四元及四元以上之化合物材料所形成。　　8.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該有效射極層係由n型磷化銦材料及其他可與基極層形成連續性導電帶之晶格匹配材料形成。　　9.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該有效射極層亦可由單原子摻雜平面層與一n型磷化銦材料及其他可與基極層形成連續性導電帶之晶格匹配材料形成。　　10.如申請專利範圍第9項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該單原子摻雜平面層係由n+型砷化銦鎵鋁及其他四元及四元以上之化合物材料所形成。　　11.如申請專利範圍第1項所述之一種具有連續性導電帶結構之異質接面雙極性電晶體，其中該歐姆接觸層係由n+型砷化銦鎵材料所形成。


十一、圖式：

瀏覽數:

分享

登入成功