264_088-187CP-TW

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264_088-187CP-TW

發佈日期 : 2009-04-29

DTD版本：

1.0.0

發明專利說明書


※申請案號：086102448	※I P C 分類：H01L 21/328

一、	發明名稱：
	異質接面式雙極性電晶體(全文下載)

二、

中文發明摘要：

一種高電流增益，低補償電壓之異質接面式雙極性電晶體，其包括：一基板；一緩衝層，包含砷化鎵材料，形成於上述基板上；一集極層，包含砷化鎵材料，形成於上述緩衝層上；一基極層，包含砷化鎵材料，形成於上述集極層上；一無摻雜層，包含砷化鎵材料，形成於上述基極層上；一δ摻雜層，形成於上述無摻雜層上；一射極層，包含磷化銦鎵材料，形成於上述δ摻雜層上；以及一歐姆接觸層，包含砷化鎵材料，形成於上述射極層上。上述之電晶體結構主要係利用在射極與基極間加入一高濃度δ摻雜層，可使射極與基極的磷化銦鎵/砷化鎵界面位障尖峰(potential spike)消除。藉以降低補償電壓以及提高集極電流。

三、

英文發明摘要：

四、	指定代表圖：
	(一)本案指定代表圖為：第（　　）圖
	(二)本代表圖之元件符號簡單說明：

五、	本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：

六、	發明說明：
	【發明所屬之技術領域】
	【先前技術】
	【發明內容】
	【實施方式】
[0020]	請參考第1圖，本發明之異質接面式雙極性電晶體的結構係包括：一基板10，可爲n⁺型砷化鎵材料；一緩衝層12，形成於上述基板10上，可爲厚度約爲3000埃的n⁺型砷化鎵材料，且其摻雜濃度爲3×10¹⁸cm^-3；一集極層14，形成於上述緩衝層12上，可爲厚度約爲5000埃的n型砷化鎵材料，且其摻雜濃度爲2×10¹⁶cm^-3；一基極層16，形成於上述集極層14上，可爲厚度約爲1000埃的p⁺型砷化鎵材料，且其摻雜濃度爲1×10¹⁹cm^-3；一無摻雜層18，形成於上述基極層16上，可爲厚度約爲50埃的砷化鎵材料；一δ摻雜層20，形成於上述無摻雜層18上，可爲摻雜濃度爲2×10¹²cm^-2的n⁺型雜質；一射極層22，形成於上述δ摻雜層20上，可爲厚度約爲1000埃的n型磷化銦鎵材料，且其摻雜濃度爲5×10¹⁷cm^-3；以及一歐姆接觸層24，形成於上述射極層22上，可爲厚度約爲2000埃的n⁺型砷化鎵材料，且其摻雜濃度爲3×10¹⁸cm^-3。然後，再分別在上述基板10，基極層16以及歐姆接觸層24的既定位置處形成電極，以分別做爲電晶體的集極，基極，和射極。
[0021]	本發明經由在基極-射極間加入δ摻雜層以消除位障尖峰，藉以提高元件特性，以增加功率應用範圍。另外，爲了解所加入之δ摻雜層對位障尖峰的影響，可利用解帕松方程式(Poission's equation)，以求得基極-射極接面能帶圖，其傳導帶能帶圖係如第2圖所示。第2圖中，以有δ摻雜層(2×10¹²cm^-3)，無δ摻雜層，及異質結構射極式等三個雙極性電晶體之結構作爲比較。其中，曲線A代表有δ摻雜層的結構；曲線B代表無δ摻雜層的結構；曲線C代表異質結構射極式結構。在熱平衡時，三個電晶體皆無位障尖峰的存在。當基極-射極順向偏壓(V_BE)至1V時，無δ摻雜層之電晶體出現60mV的位障尖峰，而其餘兩者則無。但異質結構射極式雙極性電晶體在此偏壓下，雖無位障尖峰的出現，射極區空乏層減小，中性的射極區域將擴大且增加複合，電流增益將降低。而有δ摻雜層的電晶體，即使基極-射極順向偏壓(V_BE)至1V，也不會出現位障尖峰。
[0022]	請參考第3圖，其繪示了本發明之順相操作之電流-電壓特性曲線圖，其中橫座標每一刻度爲1V，縱座標每一刻度爲50mA，且基極電流I_B爲0.1mA/step。由第3圖中可看出，其集極電流可達340mA，電流增益可達410。即使基極電流密度在5×10^-2A/cm^-2下，電流增益仍可達 20以上。這是因爲磷化銦鎵/砷化鎵有高的價電帶不連續值，B-E接面間無位障尖峰，以及電荷儲存的原因。
[0023]	請參考第4圖，其係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體順相操作小電流區域之電流-電壓特性曲線圖，其中，其中橫座標每一刻度爲0.1V，縱座標每一刻度爲0.1mA，且基極電流I_B爲2μA/step。由第4圖中，很明顯得可看出其補償電壓僅55mV。
[0024]	請參考第5圖，其係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體B-E與B-C之電流-電壓特性曲線圖，其中，橫座標每一刻度爲0.2V，縱座標每一刻度爲50μA。第5圖中之曲線A爲代表B-C接面電壓，而曲線B代表B-E接面電壓。可發現此二接面之導通電壓差(turn-on voltage difference)爲40mV，還可説明B-E接面無位障尖峰，且補償電壓是很小的。從以上特性可知，本發明確能改善並提昇雙極性電晶體之特性與應用範圍。
[0025]	雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。
	【圖式簡單說明】
[0019]	第1圖係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體結構圖；第2圖係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體傳導帶之能帶圖；第3圖係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體順相操作之電流-電壓特性曲線圖；第4圖係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體順相操作小電流區域之電流-電壓特性曲線圖；以及第5圖係繪示本發明之異質接面式雙極性電晶體B-E與B-C之電流-電壓特性曲線圖。
	【主要元件符號說明】
[0008]	B‧‧‧基極
[0009]	C‧‧‧集極
[0010]	E‧‧‧射極
[0011]	10‧‧‧基板
[0012]	12‧‧‧緩衝層
[0013]	14‧‧‧集極層
[0014]	16‧‧‧基極層
[0015]	18‧‧‧無摻雜層
[0016]	20‧‧‧δ摻雜層
[0017]	22‧‧‧射極層
[0018]	24‧‧‧歐姆接觸層

七、

申請專利範圍：

1.一種異質接面式雙極性電晶體，包括：一基板；一緩衝層，包含砷化鎵材料，形成於上述基板上；一集極層，包含砷化鎵材料，形成於上述緩衝層上；一基極層，包含砷化鎵材料，形成於上述集極層上；一無摻雜層，包含砷化鎵材料，形成於上述基極層上；一δ摻雜層，形成於上述無摻雜層上；一射極層，包含磷化銦鎵材料，形成於上述δ摻雜層上；以及一歐姆接觸層，包含砷化鎵材料，形成於上述射極層上。
2.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述基板係包含n⁺型砷化鎵。
3.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述緩衝層係包含n⁺型砷化鎵。
4.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述集極層係包含n型砷化鎵。
5.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述基極層係包含p⁺型砷化鎵。
6.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述無摻雜層係包含砷化鎵。
7.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述δ摻雜層係由停止成長摻入n⁺型雜質形成。
8.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述射極層係由n型磷化銦鎵形成。
9.如申請專利範圍第1項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述歐姆接觸極層係由n⁺型砷化鎵形成。
10.如申請專利範圍第3項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述緩衝層厚度約爲3000埃，且其摻雜濃度爲3×10¹⁸cm^-3。
11.如申請專利範圍第4項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述集極層厚度約爲5000埃，且其摻雜濃度爲2×10¹⁶cm^-3。
12.如申請專利範圍第5項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述基極層厚度約爲1000埃，且其摻雜濃度爲1×10¹⁹cm^-3。
13.如申請專利範圍第6項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述無摻雜層厚度約爲50埃。
14.如申請專利範圍第7項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述δ摻雜層摻雜濃度爲2×10¹²cm^-2。
15.如申請專利範圍第8項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述射極層厚度約爲1000埃，且其摻雜濃度爲5×10¹⁷cm^-3。
16.如申請專利範圍第9項所述之異質接面式雙極性電晶體，其中，上述歐姆接觸極層厚度約爲2000埃，且其摻雜濃度爲3×10¹⁸cm^-3。

八、	圖式：
	第1圖第2圖第3圖第4圖第5圖

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