InP基异质结双极晶体管(HBT)外延片 *S
异质结双极晶体管(HBT)是一种目前被广泛应用于微波和毫米波器件的技术。它具备超高速、低噪声、高功率和高线性等优势,在光纤通信、无线通信等电子系统中有着重要应用。基于InP外延材料以及含磷化合物材料是制备HBT器件的主要材料体系。InGaP/GaAs材料体系是制备微波功率HBT器件的首选材料,而InP基材料体系则是毫米波HBT器件的主要材料。可供InP基单/双异质结双极晶体管结构,具体结构请参考下表:
1. InP异质结双极晶体管结构
1)单异质结双极晶体管(SHBT)结构
InAlAs发射区 |
InGaAs基区 |
InGaAs集电极 |
InGaAs子集电极 |
半绝缘InP衬底 |
2)双异质结双极晶体管(DHBT)结构
InAlAs发射区 |
InGaAs基区 |
四元级外延层 |
InP集电极 |
InGaAs子集电极 |
半绝缘InP衬底 |
2. 异质结双极晶体管结构的材料体系
HBT可以根据所使用的衬底材料进行分类。一般来说,主要有GaAs、Si和InP三种衬底,其中最成熟的是GaAs。表1显示了用于III-V族HBT的可能材料系统:
衬底 | 发射区 | 基区 | 集电极 | 类型 |
GaAs | AlGaAs | GaAs | GaAs | SHBT |
AlGaAs | DHBT | |||
InGaP | GaAs | GaAs | SHBT | |
InGaP | DHBT | |||
InP | InP | InGaAs | InGaAs | SHBT |
InP | DHBT | |||
InAlAs | InGaAs | InGaAs | SHBT | |
InP | DHBT | |||
InP | GaAsSb | InP | DHBT |
表1 制备HBT的不同材料体系
其中,InP衬底与GaAs相比有以下优势:InGaAs的特定组成与InP晶格匹配,并且InGaAs具有比GaAs高约1.5倍的电子迁移率。此外,由于与GaAs相比,InP和InGaAs的Γ-L和Γ-X谷的分离更大,能够提供更高的速度过冲,这将导致更高的电子速度和更高的fT。
3. InP异质结双极晶体管应用
用于本地多点分配系统(LMDS)的毫米波收发器将受益于InP技术。InP HBT技术为这些数字网络提供了高效率和高线性能力。由于带宽的价值,在有更大频谱可用的情况下,这些链路的频率将继续增加。
蜂窝电话功率放大器具有非常严格的性能要求,包括高功率附加效率(PAE)、用于长通话时间和待机时间的低关断泄漏电流、用于稳健使用的高击穿电压以及低实施成本。InP HBT提供了比GaAs HBT技术更好的性能。与GaAs HBT实现方式相比,可比较的微波功率放大器已经证明InP HBT实现具有更大的线性。
InP HBT技术特别适用于高速光纤电路,包括用于互联网骨干宽带数据传输的单通道SONET OC-768、40GBPS。InP HBT在几个关键前端组件块方面具有优势,包括跨阻抗放大、增益控制、时钟和数据恢复、调制器驱动器以及高速MUX/DMUX功能。
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