CN114859200B - 一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法，该方法包括：提供一InGaP/GaAs HBT外延片，外延片包括了砷化镓衬底，砷化镓衬底上表面的n型子集电层，n型子集电层表面生长的n型集电层，n型集电层表面生长的p型GaAs基极层，p型GaAs基极层表面生长的n型发射极InGaP层，n型发射极InGaP层表面生长的发射极帽层，将该结构的HBT外延片切片为接近正方形的样品，去掉发射极帽层，并湿法腐蚀至基极层，在基极层表面4个角处形成欧姆接触点，利用霍尔测试仪可评价其载流子浓度，方块电阻及迁移率等信息，本方法对极层材料特性的评估快速且有效。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料生长领域，具体涉及一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法。
背景技术
异质结双极型晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor)在射频领域有这广泛的应用，应用最广泛的有GeSi/Si HBT和GaAs/InGaP HBT，近年来，GaAs/InGaP HBT广泛应用于手机的射频功率放大器(PA)，随着5G时代的到来，射频领域对GaAs/InGaP HBT器件需求持续增长。
GaAs/InGaP HBT通常是以高掺的p型GaAs作为基极层，以n型InGaP作为发射极层，增益通常是HBT最重要的性能指标，而GaAs/InGaP HBT的GaAs基极层方阻及载流子浓度对器件的增益有较大影响，在实际GaAs/InGaP HBT外延生长结束后，通常需要确认基极层的方阻、载流子浓度及迁移率等信息，基极层的方阻通常可以在器件制作过程中设计一些test key图形来测试和计算，但是器件制作的周期较长，且无法得到载流子浓度和迁移率等信息。考虑到GaAs/InGaP HBT通常以轻掺n型材料作为集电层，且比较厚，基极层为重掺，当集电层为轻掺杂时，在集电层内部会形成较宽的空间电荷区，能够对耗尽区上层和下层形成有效的隔离，故而，可以通过腐蚀至基极层露出时，借助霍尔测试仪来测得基极层的方阻和载流子浓度等信息。本发明正是基于此原理，提出一种全面而快速的评估GaAs/InGaPHBT外延片基极层材料特性的方法。
发明内容
本发明解决的问题在于提供一种能够在较短时间内快速评估外延片基极层方块电阻、载流子浓度及迁移率的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
提供一外延片，该外延片包括砷化镓衬底，生长于砷化镓衬底表面的子集电层，子集电层的掺杂类型为n型，生长于子集电层表面的集电层，集电层的掺杂类型为n型，生长于集电层表面的基极层，基极层为GaAs材料，掺杂类型为p型，生长于基极层表面的发射极层，发射极层为InGaP材料，掺杂类型为n型，生长于发射极层表面的发射极帽层。
步骤1：将该外延片切为长宽比介于0.95-1.05之间的矩形样品；
步骤2：去除发射极帽层；
步骤3：使用腐蚀液对样品进行湿法腐蚀至基极层表面；
步骤4：在露出的基极层表面四个角形成点状金属层做欧姆接触；
步骤5：利用霍尔测试仪测试其方阻、载流子浓度和迁移率等特性。
步骤1、步骤2、步骤3的先后次序还可以是步骤2、步骤3、步骤1，也可以是步骤步骤1、步骤3，步骤的不同并不影响实际测试效果。
优选地，所述的子集电层掺杂类型为n型；
优选地，所述的集电层载流子浓度不大于6e16/cm3，集电层厚度不小于0.2um；
优选地，所述的基极层载流子浓度大于或等于1e19/cm3；
优选地，步骤3所述的腐蚀液可以是盐酸，可以是盐酸与磷酸混合液，可以是盐酸与水混合液，也可以是盐酸、磷酸与水混合液，这几种腐蚀液对InGaP和GaAs有很高的腐蚀选择比，能够有效地腐蚀InGaP且对下层的GaAs影响较小；
优选地，步骤4所述的点状金属层含有铟元素。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：现有技术中，HBT外延层的基极Rs是在芯片制程中制作一些test key图形来测试，周期较长且不易得到迁移率和载流子浓度等信息。使用本发明的方法可快速且有效的得到比较全的基极层材料信息。
附图说明
图1为本发明的外延层结构
图2为利用本发明提供的方法得到的测试结果
元件标号说明：
101砷化镓衬底
102子集电层
103集电层
104基极层
105发射极层
106发射极帽层
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
提供一InGaP/GaAs外延片，如图1，该外延片结构信息如下：
106发射极帽层：InGaAs，0.2um；
105发射极层：InGaP，Si掺杂，0.08um；
104基极层：GaAs，C掺杂3.5e19/cm3，0.5um；
103集电层：GaAs，Si掺杂5e16/cm3，0.4um；
102子集电层：GaAs，Si掺杂1e18/cm3；
101衬底：GaAs衬底。
为得到其基极层的材料信息，我们如下处理：
1，将外延待测区域切为1cm*1cm正方形；
2，用H3PO4:H2O2:H2O＝1:1:5的溶液腐蚀掉发射极帽层106；
3，用HCl:H2O＝1:4的溶液腐蚀掉发射极层105；
4，在样品表面的四个角均点上In球作为欧姆接触点；
5，使用hall测试仪测量得到其方块电阻、载流子浓度和载流子迁移率，见图2，方块电阻即图中的Rs，载流子浓度即图中的N，载流子迁移率即图中的Mob。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法，包括：
提供一外延片，该外延片包括砷化镓衬底(101)，生长于砷化镓衬底(101)表面的子集电层(102)，子集电层(102)的掺杂类型为n型，生长于子集电层(102)表面的集电层(103)，集电层(103)的掺杂类型为n型，生长于集电层(103)表面的基极层(104)，基极层(104)为GaAs材料，掺杂类型为p型，生长于基极层(104)表面的发射极层(105)，发射极层(105)为InGaP材料，掺杂类型为n型，生长于发射极表面的发射极帽层(106)；
步骤一：将外延片待测区域切为长宽比介于0.9至1.1的矩形样品；
步骤二：去除待测区域表面的帽层(106)，露出下层的发射极层(105)；
步骤三：使用腐蚀液将样品露出的发射极层(105)腐蚀后，露出基极层(104)；
步骤四：在露出的基极层(104)表面四个角形成点状金属做欧姆接触点；
步骤五：利用霍尔测试仪，测试得到基极层(104)的方块电阻、载流子浓度和载流子迁移率信息。
2.根据权利要求1所述的一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法，其特征在于：所述集电层载流子浓度小于或等于6e16/cm3，厚度大于或等于0.2um。
3.根据权利要求1所述的一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法，其特征在于：所述的基极层载流子浓度大于或等于1e19/cm3。
4.根据权利要求1所述的一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法，其特征在于：步骤三所述的腐蚀液由盐酸溶液，或盐酸与磷酸混合液，或盐酸与水混合液，或盐酸、磷酸与水混合液组成。
5.根据权利要求1所述的一种评估InGaP/GaAs HBT外延片基极层材料特性的方法，其特征在于：步骤五所述的点状金属含有铟元素。
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