專利名稱：輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件和制造該器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種輻射發(fā)射(radiation-emitting)半導(dǎo)體器件，該器件包括半導(dǎo)體本體和襯底，該半導(dǎo)體本體包括具有發(fā)射極區(qū)、基極區(qū)和集電極區(qū)的垂直雙極晶體管，這些區(qū)各自設(shè)有連接區(qū)，且基極區(qū)與集電極區(qū)之間的邊界形成pn結(jié)，且，在操作期間，pn結(jié)加反向電壓或者集電極電流足夠高時(shí)，發(fā)生載荷子的雪崩倍增，導(dǎo)致在集電極區(qū)中產(chǎn)生輻射。對(duì)于在所謂的間接型半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生光信號(hào)，這種器件是有吸引力的選擇，其中在間接型半導(dǎo)體材料中不能有效地制造LED(發(fā)光二極管)。
本發(fā)明還涉及制造該器件的方法。
在IEEE Transactions on Electron Devices的1989年10月的vol.36，No.10，pp.2165-2172，作者為James J.Chen等，題目為“Breakdown Behavior of GaAs/AlGaAs HBTs”的文獻(xiàn)中，已知開篇段落中所提及的類型的器件。在所述文獻(xiàn)的

圖1中示出雙極晶體管，該雙極晶體管包括n+GaAs襯底支撐；接著是共同形成該晶體管的集電極的1μm厚的n+GaAs層和0.4μm厚的n-GaAs層；形成該晶體管基極的0.2μm厚的p+GaAs層。包括0.2μm厚的n+A1GaAs層和0.2μm厚的n+GaAs層的該晶體管的發(fā)射極位于其上。如果在基極-集電極pn結(jié)上施加足夠高的反向電壓，可觀察到光發(fā)射。
該已知器件的缺點(diǎn)在于產(chǎn)生的輻射不能有效利用，因?yàn)樗龅漠a(chǎn)生的輻射的大部分被周圍的半導(dǎo)體材料吸收或以別的方式損失掉。
因此本發(fā)明的目的是提供一種器件，該器件不具有所述缺點(diǎn)或僅具有小得多的程度的所述缺點(diǎn)，且其中產(chǎn)生的輻射可以被有效地用作信號(hào)源。
根據(jù)本發(fā)明，借助于在開篇段落里所述類型的器件來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，該器件的特征在于集電極區(qū)具有使得產(chǎn)生的輻射出現(xiàn)透射的厚度，且集電極區(qū)與半導(dǎo)體本體的自由表面鄰接。
由于集電極區(qū)的厚度小，所述集電極區(qū)對(duì)于產(chǎn)生的輻射基本上為透明的，由于集電極區(qū)與自由半導(dǎo)體表面鄰接，所以相當(dāng)多的輻射能夠通過自由半導(dǎo)體表面?？梢允褂没鶚O-集電極結(jié)上的反向電壓和與其獨(dú)立地采用集電極電流的大小調(diào)節(jié)輻射量。
集電極區(qū)可以包括鄰接基極區(qū)的第一子區(qū)和鄰接第一子區(qū)且電導(dǎo)高于第一子區(qū)的第二子區(qū)。優(yōu)選集電極區(qū)的第二子區(qū)的厚度小于第一子區(qū)的厚度并與半導(dǎo)體本體的自由表面鄰接。
該器件主要是基于以下認(rèn)識(shí)與已知器件的相比，在該晶體管的反向結(jié)構(gòu)中，且在集電極子區(qū)的適當(dāng)選取的尺寸下，一方面，由于吸收而損失掉的輻射少得多，且另一方面，可以更加有效地將可得到的輻射用作信號(hào)源。此外，本發(fā)明基于這樣一種認(rèn)識(shí)通過根據(jù)本發(fā)明的方法可以容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的這種反向。此外該方法還特別意味著位于集電極側(cè)上的半導(dǎo)體襯底可以由諸如位于發(fā)射極側(cè)上的玻璃襯底替代。由于集電極區(qū)與半導(dǎo)體本體的自由表面鄰接，因此產(chǎn)生的輻射可以自由地從集電極區(qū)中發(fā)射出。與現(xiàn)有技術(shù)不同，產(chǎn)生的輻射不再需要穿過厚的半導(dǎo)體襯底。因此，在根據(jù)本發(fā)明的器件中吸收損耗非常小。而且，借助于根據(jù)本發(fā)明的方法，可以將鄰接半導(dǎo)體本體表面的第二子區(qū)制成非常小的厚度。畢竟，設(shè)有隔離層的襯底是可得到的，在所述隔離層上有一層非常薄的(例如20nm厚)尤其是n+導(dǎo)電類型的重?fù)诫s層。這種結(jié)構(gòu)特別適合作為通過根據(jù)本發(fā)明的方法來制造根據(jù)本發(fā)明的器件的起點(diǎn)。
與公知的器件中相同，產(chǎn)生的輻射可包括可見光。產(chǎn)生的輻射的一部分包括可以從半導(dǎo)體本體流出并在包括諸如磷光物質(zhì)的電致發(fā)光材料的層中終止的載荷子流，該載荷子優(yōu)選地為例如電子。因此，這里的輻射還包括通過設(shè)在器件上的電致發(fā)光材料轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢曒椛涞碾娮虞椛洹?br> 在根據(jù)本發(fā)明的器件的優(yōu)選實(shí)施例中，鄰接半導(dǎo)體本體的表面的集電極區(qū)被對(duì)于產(chǎn)生的輻射透明的電絕緣層覆蓋。在該電絕緣層上，存在含有對(duì)于產(chǎn)生的輻射透明的部分的柵電極。在器件工作期間，由通過柵電極在第一子區(qū)中感應(yīng)出的導(dǎo)電溝道形成集電極區(qū)的第二子區(qū)。這種溝道非常薄，這提高了產(chǎn)生的輻射的有效利用率。這一改進(jìn)是基于這樣一種認(rèn)知可以以各種方式為通常由對(duì)于諸如可見光的輻射不透明的金屬制成的柵電極設(shè)置輻射透明部分。例如能夠用輻射透明、但完全導(dǎo)電的材料(例如包括氧化銦錫的材料)制作整個(gè)柵電極。優(yōu)選該絕緣層包括電致發(fā)光材料，以便在工作期間可以將從半導(dǎo)體本體流出的電子輻射轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢娸椛洹?br> 在另一改進(jìn)中，柵電極由諸如鋁的金屬制成，但是柵電極具有孔，輻射可以穿過所述孔離開半導(dǎo)體本體。如果這種孔足夠小，例如1μm的量級(jí)或更小，則當(dāng)柵電極施加適當(dāng)?shù)碾妷簳r(shí)，在整個(gè)電極下仍然能夠形成連續(xù)的導(dǎo)電溝道。
在根據(jù)本發(fā)明的器件的又一有吸引力的改進(jìn)中，鄰接集電極區(qū)的基極區(qū)的部分包含帶隙小于基極區(qū)其余部分和集電極區(qū)的半導(dǎo)體材料?；诖?，在同等的電壓下，該器件承載更高的集電極電流，其結(jié)果是提高了產(chǎn)生輻射的效率。
在一個(gè)重要的實(shí)施例中，利用粘性層通過與鄰接集電極區(qū)的表面相對(duì)的另一表面將半導(dǎo)體本體貼附到襯底上。這使得能夠?qū)雽?dǎo)體本體制造成包含最小量的吸收產(chǎn)生的輻射的半導(dǎo)體材料。例如，該襯底尤其可以由諸如玻璃的絕對(duì)不吸收的材料制成。
在這種情況下，發(fā)射極區(qū)、基極區(qū)和集電極區(qū)的連接區(qū)優(yōu)選位于與集電極區(qū)鄰接的半導(dǎo)體本體的表面處。由此，能夠完全避免利用襯底作為導(dǎo)電區(qū)。
在另一特別優(yōu)選的實(shí)施例中，設(shè)有用于將產(chǎn)生的輻射耦合進(jìn)該輻射導(dǎo)體(radiation conductor)中的裝置的輻射導(dǎo)體位于鄰接第二子區(qū)的表面上。
這種輻射導(dǎo)體使得能夠容易地在平行于半導(dǎo)體本體表面的方向上將產(chǎn)生的輻射傳送到，例如半導(dǎo)體本體的邊緣，輻射在該邊緣可以跨越到相鄰的分開的半導(dǎo)體本體，例如跨越到位于其上的類似的輻射導(dǎo)體。用于將輻射耦合進(jìn)輻射導(dǎo)體的裝置還可以用于將輻射耦合到所述輻射導(dǎo)體的外部并耦合進(jìn)(不同的)半導(dǎo)體本體中，在所述(不同的)半導(dǎo)體本體中可以用例如輻射敏感pn結(jié)探測(cè)該輻射。
優(yōu)選半導(dǎo)體本體的材料包括硅，且，如果合適，包括具有更小帶隙的半導(dǎo)體材料的基極區(qū)的部分包括硅和鍺的合成物。如此，獲得因而可以大規(guī)模應(yīng)用且具有在“芯片間”和“芯片內(nèi)”“光通信”的有吸引力的潛能的半導(dǎo)體材料。
根據(jù)本發(fā)明的制造輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件的方法，在該半導(dǎo)體器件中，在半導(dǎo)體本體中形成具有集電極區(qū)、基極區(qū)和發(fā)射極區(qū)的垂直雙極晶體管，每一區(qū)分別設(shè)有連接區(qū)，其特征在于，將半導(dǎo)體本體形成為通過電絕緣層與臨時(shí)襯底分隔開的半導(dǎo)體材料薄層，并將垂直雙極晶體管形成在半導(dǎo)體中，其后將襯底貼附到與電絕緣層相對(duì)的半導(dǎo)體本體的一側(cè)，隨后除去臨時(shí)襯底。如此，獲得根據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件。
在根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例中，通過粘性層將襯底貼附到與電絕緣層相對(duì)的半導(dǎo)體本體的一側(cè)上。如此，就以簡單的方式獲得了根據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件所必需的公知雙極晶體管的結(jié)構(gòu)反向。
例如，通過使用選擇性化學(xué)蝕刻劑，可以除去電絕緣層，其結(jié)果是集電極區(qū)鄰接自由的半導(dǎo)體表面。
優(yōu)選地，在半導(dǎo)體襯底中，通過離子注入形成掩埋隔離層，由位于隔離層上的半導(dǎo)體襯底的部分形成半導(dǎo)體本體，且由位于隔離層下的半導(dǎo)體襯底的部分形成臨時(shí)襯底。或者，由絕緣體上硅晶片的硅層形成半導(dǎo)體材料薄層。這種方法同樣非常適用于在半導(dǎo)體本體中借助于高產(chǎn)量工藝來形成集成電路?；谒懻摰谋景l(fā)明，這種IC具有光學(xué)信號(hào)交換的可能性。為此，優(yōu)選第二子區(qū)所鄰接的半導(dǎo)體本體的另一表面設(shè)有輻射導(dǎo)體，該輻射導(dǎo)體設(shè)有用于將在器件中要產(chǎn)生的輻射耦合到該輻射導(dǎo)體中的裝置?？梢栽诎雽?dǎo)體本體的不同位置處提供所述輻射導(dǎo)體，其具有能夠?qū)⑤椛漶詈系桨雽?dǎo)體本體中并且輻射可以在那里被探測(cè)到的類似裝置。
參考下述實(shí)施例，本發(fā)明的這些和其它方面是顯而易見的，并參考下述實(shí)施例闡述本發(fā)明的這些和其他方面。
附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件的第一實(shí)例在與厚度方向成直角的方向上的示意性截面圖；圖2至5是圖1中所示器件在借助于根據(jù)本發(fā)明方法的實(shí)施例的連續(xù)制造階段中的、在與厚度方向成直角的方向上的示意性截面圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件的第二實(shí)例在與厚度方向成直角的方向上的示意性截面圖。
附圖未按比例繪制，為了清晰，夸大了一些尺寸，例如顯著的是在厚度方向上的尺寸。盡可能地將不同附圖中的相應(yīng)區(qū)或部件用相同的參考數(shù)字表示。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件的第一實(shí)例在與厚度方向成直角的方向上的示意性截面圖。器件10包括半導(dǎo)體本體1和襯底2。在半導(dǎo)體本體1中，有一個(gè)具有發(fā)射極區(qū)3、基極區(qū)4和集電極區(qū)5的垂直雙極晶體管，其中發(fā)射極區(qū)3、基極區(qū)4和集電極區(qū)5分別具有連接區(qū)6、7、8。集電極區(qū)5具有鄰接基極區(qū)4的第一子區(qū)5A，以及至少在器件10操作期間鄰接第一子區(qū)5A且摻雜濃度高于所述第一子區(qū)5A的第二子區(qū)5B。第一子區(qū)5A的厚度和尺寸在這里選擇成這樣基極區(qū)4和集電極區(qū)5之間的pn結(jié)上的反向電壓足夠高時(shí)，由于載荷子的雪崩倍增，在集電極區(qū)5中產(chǎn)生輻射。
根據(jù)本發(fā)明，集電極區(qū)5的第二子區(qū)5B的厚度小于第一子區(qū)5A，并鄰接半導(dǎo)體本體1的自由表面。由此，一方面，由于吸收或其他原因而損失掉的產(chǎn)生的輻射比例更小，而另一方面，能夠更容易地將產(chǎn)生的輻射用作信號(hào)源，該信號(hào)源使得可能，例如，將信號(hào)導(dǎo)向到半導(dǎo)體器件10的另一部分。在該實(shí)例中，集電極區(qū)5的第二子區(qū)5B所鄰接的半導(dǎo)體本體1的表面覆蓋有電絕緣層9，該電絕緣層9對(duì)于產(chǎn)生的輻射透明且柵電極11位于其上，該柵電極11具有對(duì)于產(chǎn)生的輻射透明的部分11A。在器件10操作期間，集電極區(qū)5的第二子區(qū)5B形成為半導(dǎo)體本體1表面附近的導(dǎo)電溝道，其中通過柵電極11上的適合電勢(shì)在第一子區(qū)5A中感應(yīng)出該導(dǎo)電溝道。在這種情況下，柵電極11由諸如鋁的金屬制成，且具有輻射可以從其中穿過而離開半導(dǎo)體本體1的孔11A。在孔11A的尺寸足夠小時(shí)，此處是具有例如0.75μm直徑的圓孔，在器件10操作期間，仍將在電極11下形成連續(xù)的溝道。
在該實(shí)例中，借助于粘性層12將半導(dǎo)體本體1在與集電極區(qū)5的第二子區(qū)5B所鄰接于的自由表面相對(duì)的另一表面處貼附于襯底2，這里襯底2包括玻璃。由此，可以進(jìn)一步減小由于吸收引起的輻射損失。另外，如下文所述，以這種方式可以容易制造根據(jù)本發(fā)明的器件10。關(guān)于該制造，發(fā)射極區(qū)3、基極區(qū)4和集電極區(qū)5的連接區(qū)6、7、8，在這種情況下，位于半導(dǎo)體本體1的自由表面處，其中集電極區(qū)5的第二子區(qū)5B鄰接該自由表面。
發(fā)射極區(qū)3經(jīng)由電導(dǎo)體連接到發(fā)射極連接區(qū)6(在圖1的背面)。
該實(shí)例的器件10包括集電極區(qū)5的第二子區(qū)5B所鄰接的表面上的輻射導(dǎo)體14，該輻射導(dǎo)體14設(shè)有用于把在器件10中產(chǎn)生的輻射耦合進(jìn)輻射導(dǎo)體14的裝置。這里所述導(dǎo)體14包括設(shè)在絕緣層9上的1μm厚的氮化硅條狀區(qū)，在這種情況下，絕緣層9由二氧化硅制成。通過蝕刻，提供位于柵電極11內(nèi)的孔11A之上的導(dǎo)體14的端面，該端面具有斜面，該斜面與半導(dǎo)體本體1的表面成近似45度角并由用作鏡面的鋁層15覆蓋。如此，將在器件10中產(chǎn)生的輻射耦合進(jìn)導(dǎo)體14中。在基極區(qū)4的連接區(qū)7的位置處，導(dǎo)體14在圖中被中斷，這與連接區(qū)7表示有關(guān)，該連接區(qū)7實(shí)際上位于其中導(dǎo)體14所位于的附圖平面之后。條狀導(dǎo)體14的上面以及側(cè)面由另一二氧化硅層16覆蓋，其結(jié)果是導(dǎo)體14由折射率(n＝1.4)低于氮化硅的材料(SiO2)包圍，其中氮化硅的折射率近似為1.8。導(dǎo)體14的氮化硅部分的橫截面近似為1μm×1μm。SiO2層9、16的厚度為十分之幾微米。
該實(shí)例的器件10包括集成電路，該集成電路彼此電絕緣的兩部分可以互相光通信。第一部分在圖1中示出，第二部分位于其右邊，且輻射導(dǎo)體14的另一端部在所述位置設(shè)置有鏡面，該鏡面能夠使輻射從導(dǎo)體14進(jìn)入半導(dǎo)體本體1，由此，例如，使得能夠探測(cè)到施加了反向電壓的輻射敏感pn結(jié)。
在這種情況下，半導(dǎo)體本體1包括多個(gè)適當(dāng)摻雜的半導(dǎo)體區(qū)60、70、80，其中晶體管的連接區(qū)6、7、8位于半導(dǎo)體區(qū)60、70、80上并通過包括二氧化硅的所謂的溝槽絕緣區(qū)20使這些半導(dǎo)體區(qū)相互電隔離。導(dǎo)體跡線61、71分別將發(fā)射極區(qū)3和基極區(qū)4耦合到相關(guān)的半導(dǎo)體區(qū)60、70。半導(dǎo)體區(qū)80直接連接到集電極區(qū)5。器件10還包括在這里也由二氧化硅制成的其它絕緣層30、31，該絕緣層在導(dǎo)體跡線61、71之間提供必需的相互電絕緣，且將半導(dǎo)體本體1與粘性層12分隔。
接著將闡述器件10的制造。
圖2至5是該實(shí)例的器件10在借助于根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例的連續(xù)制造階段中在與厚度方向成直角的方向上的示意性截面圖。從n型硅構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底22開始(參見圖2)，其中通過氧離子注入形成電絕緣層9。在所述半導(dǎo)體襯底上存在部分111，將由其形成半導(dǎo)體本體1，而在所述半導(dǎo)體襯底下方存在另一部分22，該部分用作待形成的器件10的臨時(shí)襯底。或者，可以從絕緣體上硅(SOI)晶片開始。在這種情況下，由SOI晶片的硅層形成半導(dǎo)體本體111。
隨后(參見圖3)，在襯底222的部分111中形成參考圖1所描述的雙極晶體管。在該過程中，半導(dǎo)體本體1的表面最終由絕緣層31覆蓋。
隨后(參見圖4)，將玻璃襯底2通過粘性層12貼附于該器件。
接著(參見圖5)，通過在KOH的水溶液中蝕刻除去臨時(shí)襯底22。在該過程中，二氧化硅絕緣層9用作蝕刻停止層，其最終被曝光并形成集電極區(qū)5所鄰接的半導(dǎo)體本體1的自由表面的光學(xué)透明涂層。隨后(參見圖1)，通過蒸鍍、光刻和蝕刻形成具有孔11A的柵電極11。同時(shí)，形成連接區(qū)6、7、8。為了該目的，預(yù)先在絕緣層9中的預(yù)期位置形成孔，其中半導(dǎo)體區(qū)60、70、80在該預(yù)期位置處鄰接表面。
接著，同樣通過連續(xù)蒸鍍、光刻和蝕刻形成條狀輻射導(dǎo)體14，且其位于孔11A上的端部具有相對(duì)于表面呈45°角延伸的側(cè)面。通過蒸鍍?yōu)樵搨?cè)面提供金屬層15，其中該金屬層15用作將輻射從半導(dǎo)體本體1發(fā)送到輻射導(dǎo)體14的鏡面。后者的制造通過涂敷二氧化硅層16來完成，其結(jié)果是，條狀輻射導(dǎo)體14的上面和側(cè)面由具有較低折射系數(shù)的層覆蓋?，F(xiàn)在可以通過諸如鋸切的分離技術(shù)獲得單個(gè)的、現(xiàn)成的器件10。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件的第二實(shí)例在與厚度方向成直角的方向上的示意性截面圖。下面為其與先前實(shí)例的器件最重要的不同之處。首先，在該實(shí)例中，在制造過程之初形成集電極區(qū)的子區(qū)5B。要形成的器件的部分111則包括非常薄的(例如20nm厚)n+層5B，在該n+層5B上設(shè)有較厚的n-層5A。這樣所獲得的重要優(yōu)點(diǎn)是可以從專業(yè)的公司購買如圖2中所示的且其中部分111僅包括非常薄的n+層5B的結(jié)構(gòu)。隨后在薄的n+層5B上提供較厚的n-層5A不必使薄的n+層5B加寬。與薄的n+層5B的存在有關(guān)，該實(shí)例的器件10同樣不包括柵電極。第二，在該實(shí)例中，基極區(qū)4包括部分4A，該部分4A鄰接集電極區(qū)5的第一子區(qū)5A并包括硅和鍺的混合晶體。由于基極區(qū)4中帶隙的這種局部減小，集電極電流可以變得足夠大以引起輻射的產(chǎn)生。這里基極區(qū)4的部分4A包括30at.％的鍺且厚度約為20nm。而且，基極區(qū)4包括位于所述部分4A和區(qū)域4B上的30nm厚的硅部分4C，該硅部分4C通過從多晶p+型硅層71向外擴(kuò)散形成，所述硅層71此處也充當(dāng)導(dǎo)體跡線。在這種情況下，同樣通過從具有n型雜質(zhì)的多晶硅層33的向外擴(kuò)散形成n型發(fā)射極區(qū)3。通過薄氮化硅層35使多晶層71、33彼此分隔。除上述用于集電極區(qū)5的子區(qū)5B的離子注入和關(guān)于雙極晶體管制作的詳細(xì)描述之外，借助于根據(jù)本發(fā)明方法的制造與參考圖2至5所述的先前實(shí)例的器件10的制造并無不同。
本發(fā)明不限于本文中所述的實(shí)例，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出許多變化和改進(jìn)。例如，可以制造具有不同幾何結(jié)構(gòu)和/或不同尺寸的器件。
取代由Si制成的半導(dǎo)體本體，也可以利用由Ge或諸如GaAs或InP的III-V化合物制成的半導(dǎo)體本體。本發(fā)明具有優(yōu)勢(shì)，特別是如果半導(dǎo)體材料為諸如InAs或AlP的間接型時(shí)。
在由Si制成半導(dǎo)體本體的情況中，不需要必須(單獨(dú))包括單晶硅。同樣，多晶部分適合于某些應(yīng)用。
還值得注意的是，該器件還可包括有源和無源半導(dǎo)體元件或電子部件，諸如二極管和/或晶體管以及電阻器和/或電容器，無論是否以集成電路的形式。該制造方法當(dāng)然有效地適用于此。
權(quán)利要求
1.一種輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，包括半導(dǎo)體本體(1)和襯底(2)，該半導(dǎo)體本體(1)包括具有分別設(shè)置有連接區(qū)(6、7、8)的發(fā)射極區(qū)(3)、基極區(qū)(4)和集電極區(qū)(5)的垂直雙極晶體管，且基極區(qū)(4)與集電極區(qū)(5)之間的邊界形成pn結(jié)，并且，在操作期間，在pn結(jié)上加反向電壓時(shí)，或集電極電流足夠高時(shí)，發(fā)生載荷子的雪崩倍增，使得在集電極區(qū)(5)中產(chǎn)生輻射，其特征在于集電極區(qū)(5)具有使得所產(chǎn)生的輻射發(fā)生透射的厚度，且集電極區(qū)(5)鄰接半導(dǎo)體本體(1)的自由表面。
2.如權(quán)利要求1中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其中集電極區(qū)(5)包括鄰接基極區(qū)(4)的第一子區(qū)(5A)和鄰接第一子區(qū)(5A)且電導(dǎo)高于第一子區(qū)(5A)的第二子區(qū)(5B)，其特征在于集電極區(qū)(5)的第二子區(qū)(5B)具有小于第一子區(qū)(5A)的厚度且鄰接半導(dǎo)體本體(1)的自由表面。
3.如權(quán)利要求1或2中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于集電極區(qū)(5)所鄰接的半導(dǎo)體本體(1)的表面被包括電致發(fā)光材料的層(40)覆蓋。
4.如權(quán)利要求1或2中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于集電極區(qū)(5)所鄰接的半導(dǎo)體本體(1)的表面被電絕緣層(9)覆蓋，該電絕緣層(9)對(duì)于所產(chǎn)生的輻射為透明的且在其上存在具有對(duì)于所產(chǎn)生的輻射為透明的部分(11A)的柵電極(11)。
5.如權(quán)利要求4中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于在器件(10)操作期間，集電極區(qū)(5)的第二子區(qū)(5B)由半導(dǎo)體本體(1)的自由表面附近的導(dǎo)電溝道形成，該導(dǎo)電溝道通過柵電極(11)在第一子區(qū)(5A)中感應(yīng)出。
6.如權(quán)利要求5中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于柵電極(11)包括設(shè)有孔(11A)的金屬層。
7.如權(quán)利要求1、2、4、5或6中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于鄰接集電極區(qū)(5)的第一子區(qū)(5A)的基極區(qū)(4)的部分(4A)包括帶隙小于基極區(qū)的剩余部分(4B、4C)和集電極區(qū)(5)的半導(dǎo)體材料。
8.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于使用粘性層(12)將半導(dǎo)體本體(1)通過與集電極區(qū)(5)所鄰接的自由表面相對(duì)的另一表面貼附到襯底(2)。
9.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于發(fā)射極區(qū)(3)、基極區(qū)(4)和集電極區(qū)(5)的連接區(qū)(6、7、8)位于集電極區(qū)(5)所鄰接的半導(dǎo)體本體(1)的表面處。
10.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于在集電極區(qū)(5)所鄰接的表面上存在輻射導(dǎo)體(14)，該輻射導(dǎo)體(14)設(shè)有用于將器件(10)內(nèi)產(chǎn)生的輻射耦合進(jìn)輻射導(dǎo)體(14)的裝置(15)。
11.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于器件(10)形成集成電路，該集成電路具有兩個(gè)通過所產(chǎn)生的輻射來相互光通信的電絕緣的區(qū)域。
12.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于半導(dǎo)體本體(1)的材料包括硅，且如果適合，包括具有較小帶隙的半導(dǎo)體材料的基極區(qū)(4)的部分(4A)包括硅和鍺的合成物。
13.如前述權(quán)利要求任意一項(xiàng)中所述的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其特征在于襯底(2)包括絕緣體。
14.一種制造輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)的方法，該器件中，在半導(dǎo)體本體(1)中，形成具有分別設(shè)有連接區(qū)(6、7、8)的集電極區(qū)(5)、基極區(qū)(4)和發(fā)射極區(qū)(3)的垂直雙極晶體管，其特征在于將半導(dǎo)體本體(1)形成為半導(dǎo)體材料的薄層(111)，該半導(dǎo)體材料薄層通過電絕緣層(9)與臨時(shí)襯底(22)分隔開，且該垂直雙極晶體管形成于半導(dǎo)體本體(1)中，其后將襯底(2)貼附到與電絕緣層(9)相對(duì)的半導(dǎo)體本體(1)的一側(cè)，之后除去臨時(shí)襯底(22)。
15.如權(quán)利要求14中所述的方法，其特征在于通過粘性層(12)將襯底(2)貼附到與電絕緣層(9)相對(duì)的半導(dǎo)體本體的一側(cè)。
16.如權(quán)利要求14中所述的方法，其特征在于除去電絕緣層(9)，其結(jié)果是集電極區(qū)(5)鄰接自由半導(dǎo)體表面。
17.如權(quán)利要求14中所述的方法，其特征在于絕緣層(9)被對(duì)于輻射為透明的導(dǎo)電層覆蓋。
18.如權(quán)利要求17中所述的方法，其特征在于導(dǎo)電層充當(dāng)柵極，且在集電極區(qū)(5)中形成反向溝道。
19.如權(quán)利要求14中所述的方法，其特征在于在半導(dǎo)體襯底(222)中，通過離子注入形成電絕緣層(9)，由位于絕緣層(9)上的半導(dǎo)體襯底(222)的部分(111)形成半導(dǎo)體本體(1)，并由位于絕緣層(9)下的半導(dǎo)體襯底(222)的部分(22)形成臨時(shí)襯底(22)。
20.如權(quán)利要求14中所述的方法，其特征在于由絕緣體上硅晶片的硅層形成半導(dǎo)體材料的薄層(111)。
21.如前述權(quán)利要求的任何一項(xiàng)中所述的方法，其特征在于集電極區(qū)(5)所鄰接的半導(dǎo)體本體(1)的表面設(shè)有輻射導(dǎo)體(14)，該輻射導(dǎo)體(14)配有用于將在操作期間在器件(10)中產(chǎn)生的輻射耦合到輻射導(dǎo)體(14)中的裝置(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有半導(dǎo)體本體(1)和襯底(2)的輻射發(fā)射半導(dǎo)體器件(10)，其中半導(dǎo)體本體(1)包括具有分別設(shè)置有連接區(qū)(6、7、8)的發(fā)射極區(qū)(3)、基極區(qū)(4)和集電極區(qū)(5)的垂直雙極晶體管，且基極區(qū)(4)與集電極區(qū)(5)之間的邊界形成pn結(jié)，并且在操作中，在pn結(jié)的反向偏壓下，或在足夠高的集電極電流下，發(fā)生載荷子的雪崩倍增，由此在集電極區(qū)(5)中產(chǎn)生輻射。根據(jù)本發(fā)明，集電極區(qū)(5)具有使得所產(chǎn)生的輻射發(fā)生透射的厚度，且集電極區(qū)(5)鄰接于半導(dǎo)體本體(1)的自由表面。這樣，所產(chǎn)生輻射的更少地通過吸收損耗掉，且所產(chǎn)生的輻射可更加容易地用于充當(dāng)例如器件(10)的另一部分或另一器件(10)的光學(xué)信號(hào)。可以借助于例如柵電極(11)來制作集電極區(qū)(5)中的第二子區(qū)(5B)，利用該柵電極(11)可以在半導(dǎo)體本體(1)中感應(yīng)出導(dǎo)電溝道。優(yōu)選地，輻射導(dǎo)體(14)存在于后者的表面上。本發(fā)明還包括制造根據(jù)本發(fā)明的器件(10)的方法。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1714456SQ200380103612
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月20日
發(fā)明者J·H·克洛特維克, J·W·斯洛特布姆 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司