Биполярные транзисторы на подложках арсенида галлия

Вертикальная структура биполярного гетероструктурного n – p – n - транзистора включает:

· подложку из арсенида галлия;

· нелегированный переходный слой из арсенида галлия;

· сильнолегированный скрытый N⁺- слой из арсенида галлия;

· слаболегированный коллекторный N - слой из арсенида галлия;

· тонкий сильнолегированный базовый слой из соединения InGaAs        P - типа проводимости;

· слаболегированный разделительный слой в эмиттере N - типа из соединения AlGaAs;

· сильнолегированный донорный N⁺ - слой эмиттера из AlGaAs;

· сильнолегированный контактный N⁺ - слой из арсенида галлия.

Поскольку слои нанесены на всю пластину целиком, то формировать локальные области эмиттера и базы приходится травлением эпитаксиальной структуры. Разработаны процессы травления с автоматической остановкой при перемене химического состава слоя. Контактные электроды наносят до операций травления и формируют их в отдельных процессах для эмиттера, базы и коллектора. Разделение коллекторных областей выполняется имплантацией ионов водорода или бора на последней стадии формирования транзисторной структуры. Эти примеси в арсениде галлия неактивны. Изоляция создается за счет высокой концентрации изолированных электронных состояний, связанных с дефектами кристаллической решетки. Далее структура пассивируется слоем Si₃N₄, планаризуется слоем SiO₂, вскрываются контактные окна, и создается разводка на основе золота. Рельеф структуры всего 0,3¸0,4 мкм и легко преодолевается системой электрических соединений. Золотая разводка используется чаще других потому, что омические контакты также создаются на основе сплавов золота. Золото – хороший проводник с высокой стойкостью к электромиграции.

Уменьшение атомного веса металла III группы в соединениях A₃B₅ ведет к увеличению ширины запрещенной зоны. Изменение молярной доли металлов III группы позволяет получать их соединения с мышьяком с любой шириной запрещенной зоны в диапазоне 0,9 – 1,7 эВ.

Ключевым элементом структуры биполярного транзистора является узкозонный базовый слой. Его толщина – 30¸40 нм, концентрация легирующей примеси предельная – выше 10¹⁹ см^-3. Электронейтральная область – 15¸20 нм. Пролетное время электронов в базе – менее 1 пс. Граничная частота усиления по току – более 200 ГГц.

Поле гетероперехода столь велико, что на него почти не влияет ни напряжение на коллекторном переходе, ни летящие сквозь структуру носители,     т. е. эффекты Эрли и Кирка многократно ослаблены, а транзистор обладает великолепными усилительными качествами. Высокая концентрация в базе ослабляет эффекты высокого уровня инжекции. Рабочая плотность тока в эмиттере превышает допустимую плотность тока в алюминии (10⁵ А/см²).

Гетероструктурные биполярные транзисторы на подложках арсенида галлия широко используются в мобильных телефонах в блоке выходного усилителя, а также в компьютерных системах беспроводной цифровой связи.

Гетероструктурные биполярные транзисторы на подложках фосфида индия обладают еще более высоким быстродействием (граничная частота усиления более 300 ГГц). Технология микросхем на фосфиде индия пока находится в стадии опытного производства.