Быстродействующий, высоковольтный, algaas/gaas-гетероструктурный p-n-p-транзистор

Быстродействующий, высоковольтный, AlGaAs/GaAs - гетероструктурный p-n-p - транзистор, изготавливаемый на основе многослойной GaAs - эпитаксиальной структуры предназначен для применения в высокочастотных схемах, включая высоковольтную импульсную технику, вторичные источники питания, а также в составе быстродействующих устройств, работающих при высоких температурах окружающей среды.

Технической задачей предложенной полезной модели является создание быстродействующего, высоковольтного AlGaAs/GaAs - гетероструктурного p-n-p - транзистора, обеспечивающего максимальное быстродействие при относительно высоких рабочих напряжениях за счет использования в физической структуре транзистора гетероструктурного эмиттера и высокоомных эпитаксиальных слоев.

Сущность полезной модели заключается в том, что быстродействующий, высоковольтный, AlGaAs/GaAs - гетероструктурный p-n-p - транзистор содержит многослойную эпитаксиальную AlGaAs/GaAs - гетероструктуру p-p^--n ^---n^--n⁺-p⁺-p⁺ , выполняющую функцию эмиттера, высокоомные слои базы, обеспечивающие высокие рабочие напряжения, а также низкоомную область коллектора, обеспечивающую малое время перезаряда емкости коллекторного перехода. Фиг.1.

Полезная модель относится к производству мощных полупроводниковых приборов для электронной промышленности на основе многослойных GaAs - эпитаксиальных структур для быстродействующих, высоковольтных, высокотемпературных кристаллов гетероструктурных транзисторов, которые предназначены для изготовления быстродействующих, высоковольтных, высокотемпературных устройств широкого применения.

Известен биполярный гетероструктурный p-n-p - транзистор (патент JP63156356 (A), опуб. 1988-06-29), содержащий полуизолирующую GaAs подложку на которой методами газофазной эпитаксии выращены слои коллектора (p-InGaAs), базы (n-InGaAs) и гетероэмиттера (p-GaAs/InGaAs). При этом контакт к коллектору формируется на одной стороне с контактами базы и эмиттера.

Недостатком такой конструкции кристалла транзистора являются ограниченные функциональные возможности, которые не позволяют на основе данной структуры изготавливать высоковольтные транзисторы (с рабочим напряжением более 100 В). Кроме того, изготовление коллекторного контакта на одной стороне с базовым и эмиттерным контактами, предполагает работу коллектора в горизонтальной плоскости, что увеличивает последовательное коллекторное сопротивление, непосредственным образом влияющее на перезаряд емкости коллекторного перехода и, как следствие, ограничивающее быстродействие транзистора. Также, в представленной конструкции, ограничивать быстродействие будет паразитная емкость «коллектор-полуизолирующая подложка».

Технической задачей предложенной полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков и расширение функциональных возможностей транзисторной гетероструктуры.

Для устранения данного недостатка предлагается гетероструктура AlGaAs/GaAs, включающая эпитаксиальные слои p-p^--n^-- -n^--n⁺-p⁺-p⁺, на низкоомной GaAs p⁺-подложке, выполняющей функцию коллекторного контакта. В данной структуре коллектор работает в вертикальной плоскости, что обеспечивает минимальное последовательное коллекторное сопротивление и, как следствие, быстродействие транзистора, а также расширение функциональных возможностей транзисторной гетероструктуры.

Многослойная эпитаксиальная p-p^--n ^---n^--n⁺-p⁺-p⁺ -структура изготавливается либо методами газофазной эпитаксии, либо комбинацией методов жидкофазной и газофазной эпитаксии.

На фиг.1 приведена транзисторная AlGaAs/GaAs - гетероструктура, где на p⁺- подложке 1, выполняющей роль коллекторного контакта, с концентрацией легирующей примеси порядка 10¹⁸ ÷40¹⁹ см^-3 формируют последовательно p-p^--n^---n^--n⁺-p ⁺-p⁺- эпитаксиальную структуру со следующими параметрами:

- p- слой 2, толщиной от 20 до 25 мкм с концентрацией легирующей примеси 10¹⁷ см ^-3;

- р^-- слой 3, толщиной от 5 до 15 мкм с концентрацией легирующей примеси 10¹⁴ см^-3;

- n^--- слой - высокоомный слой 4, толщиной от 5 до 15 мкм (в отличие от слоя собственной проводимости - i - слоя, эпитаксиальный n^--- слой может выращиваться способами жидкофазной или газофазной эпитаксии, либо с контролируемым введением донорной примеси, либо с применением компенсирующих примесей; при этом диапазон концентраций электронов может управляемо контролироваться в пределах от 10¹¹ до 10¹⁴ см^-3. Выбор конкретной величины концентрации донорной примеси или уровня компенсации зависит от исходных технических требований к кристаллам быстродействующих, высоковольтных транзисторов, изготавливаемых на основе AlGaAs/GaAs - гетероструктур);

- n^-- слой - высокоомный слой 5, толщиной от 1 до 2 мкм концентрацией легирующей примеси 10¹³÷10¹⁴ см^-3 (в отличие от предыдущего слоя, эпитаксиальный n^--слой выращивается только методом газофазной эпитаксии);

- n ⁺- слой 6, толщиной от 0,3 до 0,4 мкм с концентрацией легирующей примеси 10¹⁸ см^-3;

- p ⁺- слой 7 (Al_0,6Ga_0,4As/GaAs) толщиной от 1 до 2 мкм с концентрацией легирующей примеси 10¹⁸ см^-3;

- p⁺- слой 8 толщиной 0,5 мкм с концентрацией легирующей примеси 10¹⁸÷10 ¹⁹ см^-3.

Быстродействующий, высоковольтный, AlGaAs/GaAs - гетероструктурный p-n-p - транзистор, содержащий в своей физической структуре кристаллическую сверхрешетку, формируемую материалами с различной шириной запрещенной зоны - GaAs и Al _0,6Ga_0,4As, что в структуре с семью эпитаксиальными слоями обеспечивает широкий диапазон рабочих напряжений транзистора при максимальном быстродействии.

Быстродействующий, высоковольтный, AlGaAs/GaAs-гетероструктурный р-n-р-транзистор, содержащий высоколегированную р+-подложку, отличающийся тем, что содержит последовательно р-слой, высокоомный р^--слой, высокоомный n^---слой, n^- -буферный слой, высоколегированный n⁺-слой, обеспечивающий омический контакт к базовой области транзистора, а также р ⁺-слои гетероструктурного эмиттера Al_0,6Ga _0,4As/GaAs.