[發明專利]異質結雙極晶體管

有效

• 申請號: 201810153959.7
• 申請日: 2018-02-22
• 公開（公告）號: CN108461540B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 梅本康成;小屋茂樹;大部功
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H01L29/737
• 分類號: H01L29/737;H01L29/417
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 舒艷君;李洋

本發明提供一種能夠維持較高的線性效率以及較高的線性輸出的異質結雙極晶體管。HBT的集電極層包含高濃度集電極層和配置于其上的低濃度集電極層。低濃度集電極層包含隨著遠離基極層而能帶隙變窄地變化的漸變集電極層。基極層的半導體材料的電子親和力比漸變集電極層的能帶隙最大的位置處的半導體材料的電子親和力大，它們的差為0.15eV以下。漸變集電極層具有在使電場強度變化時，在某個電場強度下電子的移動速度示出峰值的特性。由漸變集電極層的能帶隙的變化引起而作用于電子的偽電場的強度是電子的移動速度示出峰值的電場強度亦即峰值電場強度的0.3倍以上1.8倍以下。

技術領域

本發明涉及異質結雙極晶體管。

背景技術

作為近些年的構成移動終端的高頻放大器模塊的晶體管，主要使用異質結雙極晶體管(HBT)。對于HBT的特性，一般要求高效率、高增益、高耐壓以及高輸出等。特別是希望失真較少的區域(線性區域)中的高輸出化以及高效率化。

在本說明書中，將能夠維持線性的輸入輸出特性(相鄰信道泄漏功率(ACPR)為基準值例如－40dBc以下的條件)來動作的最大輸出稱為“線性輸出”。另外，將以能夠維持線性的輸入輸出特性來動作的最大輸出進行動作時的效率稱為“線性效率”。希望提高線性輸出以及線性效率。

在專利文獻1中，公開了能夠實現高動作效率的HBT。在該HBT中，集電極層由AlGaAs形成，包含有隨著遠離基極層AlAs混晶比從0增加到0.2的集電極層以及之后AlAs混晶比從0.2減少到0的集電極層。并且，在2個漸變集電極層的界面，形成有二維摻雜層。二維摻雜層對因基極層與集電極層的電子親和力和能帶隙的不同而產生的偽電場進行補償。通過這樣的結構，電子能夠不遭遇勢壘而通過基極層以及集電極層。

在專利文獻1所公開的HBT中，將AlGaAs集電極層的AlAs混晶比的最大值設定為0.2。將AlAs混晶比設定為0.2是為了在基極層與集電極層之間增大價帶上端的能級之差。由此，對于將HBT作成雙異質結構的效果，例如可得到偏移電壓的減少、飽和區域中的基極－集電極電容的減少等效果。

在專利文獻2中，公開了提高了輸出特性的HBT。在該HBT中，從子集電極層朝向基極層，配置有第一集電極層、第二集電極層以及第三集電極層。第一集電極層的摻雜濃度比第二集電極層的摻雜濃度高，第二集電極層的摻雜濃度比第三集電極層的摻雜濃度高。通過在子集電極層的附近插入高摻雜的第一集電極層，減弱第二集電極層與子集電極層的接合部中的電場，從而能夠實現開態擊穿電壓的改善。其結果是，可改善承受輸出特性的提高所需要的電壓振幅的能力。

專利文獻1：日本特開2000－332023號公報

專利文獻2：日本特開2006－60221號公報

在專利文獻1所公開的HBT中，集電極層的摻雜濃度為2×10¹⁶cm^－3左右。另外，配置在集電極層內的二維摻雜層的面內摻雜濃度為4.8×10¹¹cm^－3左右。這樣，由于對集電極層進行了高濃度的摻雜，所以基極－集電極電容的基極－集電極電壓依賴性較大。其結果是，線性效率降低。

在專利文獻2所公開的HBT中，將最接近基極層的第三集電極層的摻雜濃度設定為0.5×10¹⁶cm^－3～4×10¹⁶cm^－3的范圍內。若使第三集電極層的摻雜濃度降低到0.5×10¹⁶cm^－3左右，則基極－集電極電容的基極－集電極電壓依賴性減小，從而能夠提高線性效率。

然而，若使第三集電極層的摻雜濃度降低，則由于在大電流區域(高輸出區域)顯現的柯克效應(Kirk效應)，接近基極層的集電極層內的電場強度變小。其結果是，由于在高輸出區域電子速度變慢，從而截止頻率降低。換言之，在動作頻率高的區域，線性輸出降低。因此，很難提高線性輸出。

發明內容