InP基及含磷异质结双极晶体管材料结构设计与气态源分子束外延生长研究

【摘要】：异质结双极晶体管(HBT)是光纤通信和无线通信系统中的关键器件之一，有着广阔的应用前景，对它的研究具有重要的学术意义和实际价值。为此，本论文对InP基HBT结构的设计、重碳掺杂p型InGaAs基区材料的气态源分子束外延(GSMBE)生长、掺铍和掺碳基区InGaAs／InP和InGaP／GaAs HBT材料的生长及器件制作进行了深入系统的研究，取得的主要结果包括： 1．对发射结和集电结均具有n型掺杂层复合结构的InGaAs／InP双异质结HBT(即DHBT)的电流传输特性及其对器件性能的影响进行了理论分析，利用计入复合电流和隧穿电流的理论模型，计算和分析了n型掺杂层厚度及掺杂浓度对DHBT输出特性和电流增益的影响。结果表明，采用这种结构可有效地降低导带势垒尖峰，使InGaAs／InP DHBT获得较低的开启电压和较高的电流增益。 2．以CBr_4作为碳杂质源，采用GSMBE技术生长了与InP匹配的重碳掺杂p型InGaAs材料。系统研究了生长温度、Ⅴ族束源压力和CBr_4压力对重掺碳InGaAs外延层组份、迁移率和空穴浓度的影响。对不同AsH_3压力和不同生长温度下的氢钝化效应也进行了研究。结果表明，为了控制氢钝化效应对器件性能的影响，在利用GSMBE生长与InP匹配的重掺碳InGaAs时，较低的AsH_3压力和较低的生长温度是最佳选择。在不用退火的情况下，生长出了空穴浓度高达1×10~(20)／cm~3、室温迁移率为45cm~2／Vs的InGaAs材料。 3．通过对InP、InGaAs、InGaP等外延材料GSMBE生长特性的深入研究，选择合适的生长条件和工艺，成功地生长出掺Be和掺C基区的InGaAs／InP和InGaP／GaAsHBT结构材料，所得材料具有良好的晶体质量、电学特性和均匀性，可满足器件研制的需要。采用自对准工艺研制的InGaP／GaAs HBT器件开启电压为0.15V，反向击穿电压达到8V，β值为160，能够满足高频器件与电路的制作要求。