CN105655335A - GaAs微电子集成器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种GaAs微电子集成器件，其包括外延层、三个器件结构层，外延层包括衬底和N-GaAs集电区，三个器件结构层、第二器件结构层与第三器件结构层均形成在该集电区上，且相互通过器件隔离区隔离；第一器件结构层包括第一P-GaAs基区、第一N-InyGa1-yP发射区、第一N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层、AlN薄膜层和SAW电极；第二器件结构层包括第二P-GaAs基区、第二N-InyGa1-yP发射区和第二N+-InzGa1-zAs帽层；第三器件结构层包括第三P-GaAs基区；第二器件结构层与第三器件结构层均具有N型电极和P型电极。本发明能够实现射频接收前端的器件极集成。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种GaAs微电子集成器件。
背景技术
当前，在射频通信技术中，主流的射频接收前端架构为：SAW(声表面波，Surfaceacousticwave)滤波器+GaAsHBT放大器+限幅器，三种独立的芯片构成一个完整的接收端，但这种架构存在以下问题：1.在组装后需要调试，不利于大批量生产且调试过程中的人为因素的介入会给调试结果引入不确定因素，不利于提升架构质量；2.三种芯片各自独立，没有集成在一起，不利于射频系统的小型化和功能多样性；3.由于需要用到三种芯片，不利于降低成本。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种GaAs微电子集成器件，能够实现射频接收前端的器件极集成。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种GaAs微电子集成器件，包括外延层、第一器件结构层、第二器件结构层与第三器件结构层，所述外延层包括下层的衬底和上层的N-GaAs集电区，所述第一器件结构层、第二器件结构层与第三器件结构层均形成在所述N-GaAs集电区上，且相互通过器件隔离区隔离，所述器件隔离区嵌入延伸至所述N-GaAs集电区内部；所述第一器件结构层包括由下自上依次形成的第一P-GaAs基区、第一N-InyGa1-yP发射区、第一N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层、AlN薄膜层和SAW电极；所述第二器件结构层包括由下自上依次形成的第二P-GaAs基区、第二N-InyGa1-yP发射区和第二N+-InzGa1-zAs帽层；所述第三器件结构层包括第三P-GaAs基区；其中，所述第二N+-InzGa1-zAs帽层上以及所述第二器件结构层和所述第三器件结构层所在区域的N-GaAs集电区上具有N型电极，所述第三P-GaAs基区上以及所述第二N-InyGa1-yP发射区两侧的第二P-GaAs基区上具有P型电极。
优选地，所述衬底的材料为GaAs、Si、SiC、GaN、蓝宝石或Diamond。
优选地，所述N-GaAs集电区的掺杂浓度小于或等于5×1017cm-3，厚度为0.5μm～3μm。
优选地，所述第一P-GaAs基区、第二P-GaAs基区和第三P-GaAs基区的掺杂浓度大于或等于5×1017cm-3，厚度为20nm～500nm。
优选地，所述第一N-InyGa1-yP发射区和第二N-InyGa1-yP发射区的掺杂浓度大于或等于1×1017cm-3，厚度为10nm～500nm，其中，y为0.49～0.51。
优选地，所述第一N+-InzGa1-zAs帽层和第二N+-InzGa1-zAs帽层的掺杂浓度大于或等于1×1018cm-3，厚度为10～200nm，其中，z为0～1。
优选地，所述器件隔离层的厚度为10～200nm，所述器件隔离层的的材料包括AlN或SiN。
优选地，所述AlN薄膜层的厚度50～500nm。
优选地，所述SAW电极的材料为Al、Mo或Ni。
优选地，所述N型电极和P型电极的接触方式均为欧姆接触。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：通过将AINSAW滤波器、InGaPHBT放大器以及GaAsPN限幅器集成在同一衬底上，并采用器件隔离区相互隔开，从而能够实现射频接收前端的器件极集成，具有增加芯片功能，提高集成度，简化射频系统架构，降低尺寸和成本等优点。
附图说明
图1是本发明实施例GaAs微电子集成器件的结构示意图。
图2和图3是本发明实施例GaAs微电子集成器件的制作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例GaAs微电子集成器件的结构示意图。本实施例的GaAs微电子集成器件包括外延层1、第一器件结构层2、第二器件结构层3与第三器件结构层4，外延层1包括下层的衬底11和上层的N-GaAs集电区12，第一器件结构层2、第二器件结构层3与第三器件结构层4均形成在N-GaAs集电区12上，且相互通过器件隔离区5隔离，器件隔离区5嵌入延伸至N-GaAs集电区12内部。
第一器件结构层2包括由下自上依次形成的第一P-GaAs基区21、第一N-InyGa1-yP发射区22、第一N+-InzGa1-zAs帽层23、器件隔离层24、AlN薄膜层25和SAW电极26；第二器件结构层3包括由下自上依次形成的第二P-GaAs基区31、第二N-InyGa1-yP发射区32和第二N+-InzGa1-zAs帽层33；第三器件结构层4包括第三P-GaAs基区41。
其中，第二N+-InzGa1-zAs帽层33上以及第二器件结构层3和第三器件结构层4所在区域的N-GaAs集电区12上具有N型电极61，第三P-GaAs基区41上以及第二N-InyGa1-yP发射区32两侧的第二P-GaAs基区31上具有P型电极62。
第一器件结构层2、第二器件结构层3与第三器件结构层4均集成在相同的外延层1上，第一器件结构层2与外延层1构成了AlNSAW器件，第二器件结构层3与外延层1构成了InGaPHBT放大器，第三器件结构层4与外延层1构成了GaAsPN限幅器。
在本实施例中，衬底11的材料优选为GaAs，当然，也可以为Si、SiC、GaN、蓝宝石或Diamond等材料。衬底11主要起器件支撑作用。
N-GaAs集电区12的掺杂浓度小于或等于5×1017cm-3，厚度为0.5μm～3μm。N-GaAs集电区12的主要作用是作为InGaPHBT放大器的集电极和GaAsPN限幅器的N结。
第一P-GaAs基区21、第二P-GaAs基区31和第三P-GaAs基区41的掺杂浓度大于或等于5×1017cm-3，厚度为20nm～500nm。第二P-GaAs基区31的主要作用是作为InGaPHBT放大器的集电极和GaAsPN限幅器的P结。
第一N-InyGa1-yP发射区22和第二N-InyGa1-yP发射区32的掺杂浓度大于或等于1×1017cm-3，厚度为10nm～500nm，其中，y为0.49～0.51。第二N-InyGa1-yP发射区32的主要作用是作为InGaPHBT放大器的基极。考虑到晶格匹配的因素，本实施例的y值范围为0.49～0.51。由于存在异质结结构，所以第一N-InyGa1-yP发射区22和第二N-InyGa1-yP发射区32掺杂浓度不需要比第一P-GaAs基区21、第二P-GaAs基区31和第三P-GaAs基区41的掺杂浓度高。
第一N+-InzGa1-zAs帽层23和第二N+-InzGa1-zAs帽层33的掺杂浓度大于或等于1×1018cm-3，厚度为10～200nm，其中，z为0～1。第一N+-InzGa1-zAs帽层23和第二N+-InzGa1-zAs帽层33有利于电极材料的欧姆接触，进一步地，N型电极61和P型电极62的接触方式均为欧姆接触。
器件隔离层24的厚度为10～200nm，器件隔离层24的的材料包括AlN或SiN。器件隔离层24用于将AlNSAW器件与InGaPHBT放大器、GaAsPN限幅器电气隔离。
AlN薄膜层25的厚度50～500nm，其作为压电材料，用于AlNSAW器件制作。SAW电极26的材料为Al、Mo或Ni。
下面，将结合附图举例说明本发明实施例GaAs微电子集成器件的制作流程，请参见图2至图3，该制作流程包括以下步骤：
S1：由下至上依次形成衬底、N-GaAs集电区、P-GaAs基区、N-InyGa1-yP发射区、N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层和AlN薄膜层，并在AlN薄膜层上制作两个器件隔离区，其中，器件隔离区从AlN薄膜层的上表面嵌入延伸至N-GaAs集电区内部。
其中，如图2所示，衬底11和N-GaAs集电区12构成外延层1，P-GaAs基区、N-InyGa1-yP发射区、N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层、AlN薄膜层依次形成在N-GaAs集电区12上。两个器件隔离区5将P-GaAs基区、N-InyGa1-yP发射区、N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层、AlN薄膜层分隔为三部分。在本实施例中，器件隔离区5可以通过离子注入或刻蚀等方式制作。
S2：采用光刻、刻蚀或腐蚀工艺，对P-GaAs基区、N-InyGa1-yP发射区、N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层和AlN薄膜层进行腐蚀，得到第一P-GaAs基区、第二P-GaAs基区、第三P-GaAs基区、第一N-InyGa1-yP发射区、第二N-InyGa1-yP发射区、第一N+-InzGa1-zAs帽层、第二N+-InzGa1-zAs帽层，并在AlN薄膜层制作SAW电极。
其中，如图3所示，第一P-GaAs基区21、第一N-InyGa1-yP发射区22、第一N+-InzGa1-zAs帽层23、器件隔离层24、AlN薄膜层25和SAW电极26构成第一器件结构层2。第二P-GaAs基区31、第二N-InyGa1-yP发射区32和第二N+-InzGa1-zAs帽层33构成第二器件结构层3。第三P-GaAs基区41构成第三器件结构层4。第一器件结构层2、第二器件结构层3与第三器件结构层4均集成在相同的外延层1上，第一器件结构层2与外延层1构成了AlNSAW器件，第二器件结构层3与外延层1构成了InGaPHBT放大器，第三器件结构层4与外延层1构成了GaAsPN限幅器
S3：在第二N+-InzGa1-zAs帽层上以及第二器件结构层和第三器件结构层所在区域的N-GaAs集电区上制作N型电极，以及在第三P-GaAs基区上以及第二N-InyGa1-yP发射区两侧的第二P-GaAs基区上制作P型电极。
其中，制作N型电极和P型电极后，即得到图1所示的GaAs微电子集成器件。N型电极61和P型电极62可以采用光刻、金属沉积或剥离工艺得到，并且，N型电极61和P型电极62可以采用快速退火工艺形成欧姆接触。
通过上述方式，本发明实施例的GaAs微电子集成器件通过将AINSAW滤波器、InGaPHBT放大器以及GaAsPN限幅器集成在同一衬底上，并采用器件隔离区相互隔开，从而能够实现射频接收前端的器件极集成，具有增加芯片功能，提高集成度，简化射频系统架构，降低尺寸和成本等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种GaAs微电子集成器件，其特征在于，包括外延层、第一器件结构层、第二器件结构层与第三器件结构层，所述外延层包括下层的衬底和上层的N-GaAs集电区，所述第一器件结构层、第二器件结构层与第三器件结构层均形成在所述N-GaAs集电区上，且相互通过器件隔离区隔离，所述器件隔离区嵌入延伸至所述N-GaAs集电区内部；
所述第一器件结构层包括由下自上依次形成的第一P-GaAs基区、第一N-InyGa1-yP发射区、第一N+-InzGa1-zAs帽层、器件隔离层、AlN薄膜层和SAW电极；所述第二器件结构层包括由下自上依次形成的第二P-GaAs基区、第二N-InyGa1-yP发射区和第二N+-InzGa1-zAs帽层；所述第三器件结构层包括第三P-GaAs基区；
其中，所述第二N+-InzGa1-zAs帽层上以及所述第二器件结构层和所述第三器件结构层所在区域的N-GaAs集电区上具有N型电极，所述第三P-GaAs基区上以及所述第二N-InyGa1-yP发射区两侧的第二P-GaAs基区上具有P型电极。
2.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述衬底的材料为GaAs、Si、SiC、GaN、蓝宝石或Diamond。
3.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述N-GaAs集电区的掺杂浓度小于或等于5×1017cm-3，厚度为0.5μm～3μm。
4.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述第一P-GaAs基区、第二P-GaAs基区和第三P-GaAs基区的掺杂浓度大于或等于5×1017cm-3，厚度为20nm～500nm。
5.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述第一N-InyGa1-yP发射区和第二N-InyGa1-yP发射区的掺杂浓度大于或等于1×1017cm-3，厚度为10nm～500nm，其中，y为0.49～0.51。
6.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述第一N+-InzGa1-zAs帽层和第二N+-InzGa1-zAs帽层的掺杂浓度大于或等于1×1018cm-3，厚度为10～200nm，其中，z为0～1。
7.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述器件隔离层的厚度为10～200nm，所述器件隔离层的的材料包括AlN或SiN。
8.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述AlN薄膜层的厚度50～500nm。
9.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述SAW电极的材料为Al、Mo或Ni。
10.根据权利要求1所述的GaAs微电子集成器件，其特征在于，所述N型电极和P型电极的接触方式均为欧姆接触。
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| PB01 | Publication | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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