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InP基双异质结双极晶体管(DHBT)卓越的频率特性使其在无线通信、光纤通信、卫星通信和雷达系统中具有广泛的应用潜力,成为国内外研究的热点。本文针对InP基DHBT所存在的关键问题,以改善和提高器件性能为目标,对InP基特别是含锑基区DHBT的材料生长和器件研制进行了多方面的探索研究,取得的主要结果如下:
从能带排列上分析了传统InP基InGaAs基区DHBT存在的问题,设计了一种新的InP/InGaAs/InP DHBT材料结构,在集电区与基区之间插入一个n+-InP层,以降低集电结导带的势垒尖峰高度,克服电流阻挡效应。采用基于热场发射和连续性方程的发射-透射模型,计算了n+-InP插入层掺杂浓度和厚度对InP/InGaAs/InP DHBT集电结导带有效势垒尖峰高度和输出特性的影响。结果表明,当n+-InP插入层掺杂浓度为3×1019cm-3、厚度为3nm时,可以获得较好的器件特性。采用气态源分子束外延(GSMBE)技术,成功地生长出InP/InGaAs/InP DHBT结构材料。器件研制结果表明,所设计的DHBT材料结构可以有效降低集电结的导带势垒尖峰高度,显著改善器件的输出特性。
以四溴化碳(CBr4)作为碳掺杂源,采用GSMBE技术生长了InP衬底上晶格匹配的重碳掺杂p型GaAsSb材料。通过改变CBr4压力,研究了掺杂浓度在1-20×1019cm-3范围内的掺杂特性,得到最大掺杂浓度为2.025×1020cm-3,相应的空穴迁移率为20.4cm2/Vs。深入研究了不同生长温度对GaAsSb外延层组份、晶体质量和表面粗糙度的影响,确定了优化的生长条件,研制出以重碳掺杂p型GaAsSb作为基区的InP/GaAsSb/InP DHBT器件结构材料。
使用不同体系的腐蚀液,研究了InP/GaAsSb/InP DHBT器件制备过程中与GaAsSb材料相关的选择性腐蚀特性,对腐蚀速率和表面形貌进行了分析。采用圆形传输线模型(CTLM)研究了p型GaAsSb材料与Ti/Pt/Au的欧姆接触特性,获得了优化的退火温度,为InP/GaAsSb/InP DHBT器件制备打下了工艺基础。
在单项工艺研究的基础上,结合本实验室的工艺条件,建立了完整的InP/GaAsSb/InP DHBT器件制备工艺流程,研制出InP/GaAsSb/InP DHBT器件,开启电压0.1V,膝点电压小于0.4V,反向击穿电压接近5V。良好的器件特性表明,所生长的InP/GaAsSb/InP DHBT器件结构材料具有较好的质量。