專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及具有雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管的半導(dǎo)體器件。
背景技術(shù)：
作為高輸出、高耐壓的放大元件利用雙異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(D-HBT)。而且，在InP基板上以晶格匹配的方式制作的InGaAs/InP系D-HBT，通過(guò)使用帶隙大且在高電場(chǎng)區(qū)的載流子遷移率大的InP作發(fā)射極層集電極層，并用載流子遷移率比GaAs大的InGaAs作基極層等，與在GaAs基板上以晶格匹配的方式制作的GaAs/InGaP系D-HBT或GaAs/AlGaAs系D-HBT相比，高速動(dòng)作和耐壓性優(yōu)良，可以期待高性能化。
通常，這樣的構(gòu)成的InGaAs/InP系D-HBT中的基極層(InGaAs)的In含量為與InP基板晶格匹配的53％左右。此時(shí)，由于發(fā)射極層-基極層或基極層-集電極層間的導(dǎo)帶不連續(xù)，在各自的界面上產(chǎn)生尖峰狀的能量壁壘。由于該壁壘存在于發(fā)射極層-基極層界面上，成為集電極電流-電壓特性中的偏移(offset)電壓產(chǎn)生和上升電流喪失陡峭性的原因。而且由于尖峰狀的壁壘在基極層-集電極層界面上，導(dǎo)致集電極電流被限制，從而大輸出時(shí)的電力消耗增加。
為此，作為消除發(fā)射極層-基極層間、基極層-集電極層間的導(dǎo)帶不連續(xù)，避免尖峰狀壁壘的方法，提出了在發(fā)射極層-基極層間和基極層-集電極層間插入用來(lái)連續(xù)性地連接導(dǎo)帶的過(guò)渡層。圖9示出這樣的InGaAs/InP系D-HBT的剖面結(jié)構(gòu)圖。如該圖所示，InGaAs/InP系D-HBT是在InP基板101上依次層疊InP次集電極層102、InP集電極層103、InGaAs基極層104而成的。然后，在該InGaAs基極層104的上部隔著上述的過(guò)渡層201依次層疊InP發(fā)射極層105和InGaAs接觸層106。
在此場(chǎng)合，作為過(guò)渡層201采用InGaAs和InAlAs的交替層或InGaAlAs漸變成分層等的梯度結(jié)構(gòu)。另外，也可以在發(fā)射極層105和該過(guò)渡層201之間還包含摻雜劑原子的薄片狀插入物(參照下述專利文獻(xiàn)1)。
除了上述以外，還考慮了為了提高動(dòng)作速度和降低偏移電壓，由可以模擬地與導(dǎo)帶平滑連接的InP和InGaAs的超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成集電極層的與基極層連接的部分(參照下述專利文獻(xiàn)2)。
<專利文獻(xiàn)1>日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)平2004-88107號(hào)公報(bào)<專利文獻(xiàn)2>日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)平4-251934號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容在此，在上述的與InP基板晶格匹配的InGaAs/InP系D-HBT中，基極層(InGaAs)的In含量為53％左右，這樣的In含量的InGaAs的俄歇再結(jié)合系數(shù)為7×10-29cm6/s。它比GaAs的俄歇再結(jié)合系數(shù)(1×10-30cm6/s)大。因此以高濃度摻雜的InGaAs基極層中的再結(jié)合概率比GaAs基極層的再結(jié)合概率還大。
因此，與基極層中使用GaAs的GaAs/InGaP系D-HBT或GaAs/AlGaAs系D-HBT相比，基極層中使用InGaAs的InGaAs/InP系D-HBT存在電流增益小的問(wèn)題。
而且，在與InP基板晶格匹配的InGaAs/InP系D-HBT中，InP基板的大口徑化不象GaAs基板等那樣成熟，與使用GaAs基板的GaAs/InGaP系D-HBT相比，元件成本高。另外，為了解決這一問(wèn)題，還考慮了在GaAs基板上形成變質(zhì)(metamorphic)緩沖層，隔著該緩沖層在GaAs基板上形成InGaAs/InP系D-HBT的結(jié)構(gòu)。但是，在GaAs基板上形成與InP基板晶格匹配的InGaAs/InP系的材料層時(shí)，由于晶格常數(shù)大小差別大，在生長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量晶體缺陷，存在其上形成的元件的生產(chǎn)率和可靠性大大降低的問(wèn)題。
于是，本發(fā)明的目的在于提供一種通過(guò)在基極層等中使用載流子遷移率優(yōu)良的InGaAs而可以維持高速動(dòng)作并獲得大的電流增益，且適合基板的大口徑化的D-HBT結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。
為了實(shí)現(xiàn)這樣的目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件具有由具有In含量小于53％的成分的InGaAs構(gòu)成的基極層。而且該基極層構(gòu)成為，被夾在由具有晶格常數(shù)與該基極層相等的In含量的InGaP構(gòu)成的發(fā)射極層和集電極層之間。而且，優(yōu)選地，構(gòu)成為，在基極層和集電極層之間、以及基極層和發(fā)射極層之間中的至少一者中，設(shè)有由利用As的濃度和P的濃度變化了成分的InGaAsP構(gòu)成的階梯層，以消除這些層間的導(dǎo)帶不連續(xù)。
在這樣的構(gòu)成的半導(dǎo)體器件中，使用由In含量小于53％的InGaAs構(gòu)成的基極層。即，通常的InP系D-HBT的基極層使用與InP基板晶格匹配的In含量53％的InGaAs。但在本發(fā)明中，使用由In含量小于53％的InGaAs構(gòu)成的基極層。而且，為了實(shí)現(xiàn)這樣的In含量的基極層，夾持該基極層的集電極層和發(fā)射極層由InGap構(gòu)成，由此使集電極層和發(fā)射極層的晶格常數(shù)與基極層相等。
在此，構(gòu)成基極層的InGaAs中，隨著In含量減小其俄歇再結(jié)合系數(shù)越來(lái)越接近GaAs中的俄歇再結(jié)合系數(shù)。因此，如上所述，通過(guò)使基極層的In含量小于53％，與現(xiàn)有的在InP基板上設(shè)置的InP系D-HBT相比，還可以減小基極層中的再結(jié)合概率，增大元件的電流增益。而且，與使用由GaAs構(gòu)成的基極層的D-HBT相比，還可以使載流子遷移率維持為大的值。
另外，集電極層和發(fā)射極層也可以由這樣的InGaP構(gòu)成，該InGaP的In含量使得集電極層和發(fā)射極層的晶格常數(shù)與基極層相等。由此，與使用由In含量53％的InGaAs構(gòu)成的基極層時(shí)相比，在基板上形成的生長(zhǎng)層(即集電極層、基極層、發(fā)射極層)的晶格常數(shù)與GaAs基板和InGaAs基板的晶格常數(shù)接近。即，減小了大口徑化比InP基板先進(jìn)的GaAs基板與其生長(zhǎng)層的晶格常數(shù)不匹配程度。因此，可以在實(shí)現(xiàn)大口徑化的GaAs基板上，制作抑制了晶體缺陷的質(zhì)量好的晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)層。
如以上說(shuō)明，根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，通過(guò)使用由具有In含量小于53％的成分的InGaAs構(gòu)成的基極層，設(shè)置與其晶格常數(shù)相等的集電極層和發(fā)射極層，與現(xiàn)有的在InP基板上設(shè)置的InGaAs/InP系D-HBT相比，可以維持高速動(dòng)作并增大電流增益，且通過(guò)使用實(shí)現(xiàn)了大口徑化的基板可以降低成本。


圖1是實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖2是展示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件中的HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布的圖。
圖3是實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖4是展示實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件中的HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布的圖。
圖5是實(shí)施方式3的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖6是展示實(shí)施方式3的半導(dǎo)體器件中的HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布的圖。
圖7是實(shí)施方式4的半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)圖。
圖8是展示實(shí)施方式4的半導(dǎo)體器件中的HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布的圖。
圖9是展示現(xiàn)有的D-HBT結(jié)構(gòu)的一例的剖面結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)。
<實(shí)施方式1>
圖1是展示實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)圖。剖面圖的右框中展示了各層的成分的一例。
該圖所示的半導(dǎo)體器件是所謂的D-HBT，由基板1和在其上部依次外延生長(zhǎng)的各層的層疊體構(gòu)成。即，在基板1上從下層依次層疊緩沖層2、次集電極層3、集電極層4、第一梯度層5、基極層6、第二梯度層7、發(fā)射極層8、第一接觸層9、第二接觸層10。
首先，形成這樣的層疊體的基板1可以使用GaAs基板、InP基板(In含量53％)、InGaAs基板或InGaP基板等。其中，InGaAs基板通過(guò)使In含量＞0％且＜53％，其晶格常數(shù)在GaAs基板和InP基板之間。另外，InGaP基板通過(guò)使In含量＞49％且＜100％，其晶格常數(shù)在GaAs基板和InP基板之間。在此，作為一例使用GaAs基板。
而且，在這樣的基板1上設(shè)置的緩沖層2是用來(lái)使基板1和在其上部用外延生長(zhǎng)層疊的次集電極層3～第二接觸層10之間晶格匹配的層。通過(guò)設(shè)置該緩沖層2，在由上述的材料構(gòu)成的基板1上可以抑制晶體缺陷地外延生長(zhǎng)具有與該基板1不同的晶格常數(shù)的各層3～10。
這樣的緩沖層2，例如，由采用InP、InGaAs、InAlAs或InGaP等的、從基板1側(cè)向次集電極層3側(cè)使成分變化的梯度結(jié)構(gòu)構(gòu)成，通過(guò)基板1的材料成分和晶格常數(shù)以及在其上部形成的各層3～10的材料成分和晶格常數(shù)設(shè)定適當(dāng)?shù)臉?gòu)成(成分變化)。
以上那樣的隔著緩沖層2在基板1上層疊的次集電極層3～第二接觸層10，作為晶格匹配成具有與基極層6相等的晶格常數(shù)的層來(lái)構(gòu)成。于是，以下先說(shuō)明基極層6的構(gòu)成，然后按照次集電極層3、集電極層4、發(fā)射極層8、第一接觸層9、第二接觸層10、第一梯度層4、第二梯度層7的順序說(shuō)明各層的構(gòu)成。
首先，基極層6由具有In含量＞0％且＜53％的成分的p型InGaAs構(gòu)成。由這樣的InGaAs構(gòu)成的基極層6的In含量，由該半導(dǎo)體器件(D-HBT)所要求的高速動(dòng)作性能和電流增益確定。即，通過(guò)增大In含量可以更高速化，通過(guò)減小In含量可以增大電流增益，它們的關(guān)系是矛盾折衷的。在此，為了得到這兩者，優(yōu)選地，基極層6的In含量為30％～40％。
在此場(chǎng)合，作為具體的一例，用In含量為40％、具有GaAs和InP之間的晶格常數(shù)的p型InGaAs作為基極層6，其膜厚設(shè)定為20nm～100nm，例如75nm。另外，作為p型雜質(zhì)使用例如C(碳)，其濃度為5×1018cm-3～4×1019cm-3，例如2×1019cm-3。
在以上那樣地設(shè)定基極層6的構(gòu)成后，使其它各層成為下述的構(gòu)成。
即，緩沖層2上的次集電極層3由具有與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型InGaAs構(gòu)成。即，該次集電極層3通過(guò)向與基極層6同樣的In含量的InGaAs摻雜n型雜質(zhì)而形成。因此，在此用In含量為40％的n型InGaAs作為次集電極層3，其膜厚為100nm～500nm，例如300nm。另外，作為n型雜質(zhì)使用例如Si，其濃度為5×1018cm-3～2×1019cm-3，例如1×1019cm-3。
然后，次集電極層3上的集電極層4由具有與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型InGaP構(gòu)成。因此，集電極層4中的In含量＞49％且＜100％，更優(yōu)選地，In含量設(shè)定在77％～88％之間。在此，與由In含量40％的InGaAs構(gòu)成的基極層6的晶格常數(shù)吻合，用In含量87％的InGaP作為集電極層4，其膜厚為200nm～600nm，例如設(shè)定為450nm。另外，作為n型雜質(zhì)使用例如Si，其濃度為1×1015cm-3～5×1016cm-3，例如2×1016cm-3。
接著，在基極層6的上方配置的發(fā)射極層8由具有與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型InGaP構(gòu)成。因此，發(fā)射極層8中的In含量＞49％且＜100％，更優(yōu)選地，In含量設(shè)定在77％～88％之間。在此，與由In含量40％的InGaAs構(gòu)成的基極層6的晶格常數(shù)吻合，用In含量87％的InGaP作為發(fā)射極層8，其膜厚為20nm～100nm，例如設(shè)定為60nm。另外，作為n型雜質(zhì)使用例如Si，其濃度為1×1016cm-3～1×1018cm-3，例如5×1017cm-3。
另外，發(fā)射極層8上的第一接觸層9由In含量與發(fā)射極層8相同的n型InGaP構(gòu)成，n型雜質(zhì)的濃度設(shè)定成比發(fā)射極層8高。因此，在In含量87％的InGaP中，作為n型雜質(zhì)，例如，以5×1018cm-3～3×1019cm-3，作為一例以1×1019cm-3的濃度含有Si。另外，膜厚為10nm～100nm，例如設(shè)定為50nm。
而且，第一接觸層9上的第二接觸層10由In含量和晶格常數(shù)與基極層6相同的n型InGaAs構(gòu)成，其膜厚為10nm～100nm，例如設(shè)定為75nm。作為n型雜質(zhì)使用例如Si，其濃度為5×1018cm-3～3×1019cm-3，例如1×1019cm-3。
然后，上述的在集電極層4和基極層6之間配置的第一梯度層5，由保持與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型的InGaAsP構(gòu)成。該第一梯度層5用As的濃度和P的濃度改變成分，以消除集電極層4-基極層6間的導(dǎo)帶不連續(xù)。于是，構(gòu)成為越靠近由InGaP構(gòu)成的集電極層4則As含量越低，越靠近由InGaAs構(gòu)成的基極層6則P含量越低，使成分變化成為，在與集電極層4的界面上是與由InGaP構(gòu)成的集電極層4連續(xù)的成分，在與基極層6的界面上是與由InGaAs構(gòu)成的基極層6連續(xù)的成分。
例如，如上所述，在集電極層4由In含量87％的InGaP構(gòu)成、基極層6由In含量40％的InGaAs構(gòu)成時(shí)，構(gòu)成為在第一梯度層5中從集電極層4側(cè)向基極層6側(cè)，In含量在87％～40％內(nèi)緩慢減小，As在0％～100％內(nèi)緩慢增加。
這樣的第一梯度層5的膜厚為20nm～100nm，例如設(shè)定為45nm。另外，作為n型雜質(zhì)使用例如Si，其濃度為1×1015cm-3～5×1016cm-3，例如2×1016cm-3。
另一方面，與第一梯度層5同樣地，在基極層6和發(fā)射極層8之間配置的第二梯度層7，由保持與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型的InGaAsP構(gòu)成。該第二梯度層7用As的濃度和P的濃度改變成分，以消除基極層6-發(fā)射極層8間的導(dǎo)帶不連續(xù)。于是，構(gòu)成為越靠近由InGaP構(gòu)成的發(fā)射極層8則As含量越低，越靠近由InGaAs構(gòu)成的基極層6則P含量越低，使成分變化成為，在與發(fā)射極層8的界面上是與由InGaP構(gòu)成的發(fā)射極層8連續(xù)的成分，在與基極層6的界面上是與由InGaAs構(gòu)成的基極層6連續(xù)的成分。
例如，如上所述，在發(fā)射極層8由In含量87％的InGaP構(gòu)成、基極層6由In含量40％的InGaAs構(gòu)成時(shí)，構(gòu)成為在第二梯度層7中從基極層6側(cè)向發(fā)射極層8側(cè)，In含量在40％～87％內(nèi)緩慢增加，As在100％～0％內(nèi)緩慢減小。
這樣的第二梯度層7的膜厚為5nm～50nm，例如設(shè)定為10nm。另外，作為n型雜質(zhì)使用例如Si，其濃度為1×1015cm-3～5×1016cm-3，例如2×1016cm-3。
在如上述構(gòu)成的半導(dǎo)體器件(D-HBT)中，使用由In含量小于53％的InGaAs構(gòu)成的基極層6。即，通常的在InP基板上設(shè)置的InP系D-HBT的基極層使用In含量53％的InGaAs。但在本發(fā)明中，使用由In含量比它小的InGaAs構(gòu)成的基極層6。而且，為了實(shí)現(xiàn)這樣的In含量的基極層6，夾持該基極層6的集電極層4和發(fā)射極層8由InGaP構(gòu)成，由此使集電極層4和發(fā)射極層8的晶格常數(shù)與基極層6相等。
在此，在InGaAs中，隨著In含量減小其俄歇再結(jié)合系數(shù)越來(lái)越接近GaAs中的俄歇再結(jié)合系數(shù)。因此，在本構(gòu)成的D-HBT中，如上所述，通過(guò)使基極層6的In含量小于53％，與現(xiàn)有的在InP基板上設(shè)置的InP系D-HBT相比，還可以減小基極層6中的再結(jié)合概率，增大元件的電流增益。而且，與使用由GaAs構(gòu)成的基極層的D-HBT相比，還可以使載流子遷移率維持為大的值。
結(jié)果，與現(xiàn)有的在InP基板上設(shè)置的InGaAs/InP系D-HBT相比，可以維持高速動(dòng)作并增大電流增益。
另外，從次集電極層3到第二接觸層10構(gòu)成為與由In含量＜53％的InGaAs構(gòu)成的基極層6晶格常數(shù)相等。由此，與使用由In含量53％的InGaAs構(gòu)成的基極層時(shí)相比，外延生長(zhǎng)形成的生長(zhǎng)層(即次集電極層3～第二接觸層10)的晶格常數(shù)與由GaAs構(gòu)成的基板1的晶格常數(shù)接近。即，減小了大口徑化比InP基板先進(jìn)的GaAs基板1與這些生長(zhǎng)層3～10的晶格常數(shù)不匹配程度。因此，通過(guò)夾著緩沖層2，可以在由GaAs構(gòu)成的基板1上，制作充分抑制了晶體缺陷產(chǎn)生的質(zhì)量好的晶體結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)層3～10。另外，這對(duì)于使用由InGaAs構(gòu)成的基板的場(chǎng)合也是同樣的。
結(jié)果，可以實(shí)現(xiàn)了基板的大口徑化，降低成本。
另外，在上述的構(gòu)成的D-HBT中，通過(guò)使集電極層4為InGaP，可以抑制在現(xiàn)有的設(shè)置了由InP構(gòu)成的集電極層的InP系D-HBT中出現(xiàn)的施加電場(chǎng)時(shí)產(chǎn)生的pn結(jié)的反向泄露電流。
圖2中展示了具有以上那樣地設(shè)定的構(gòu)成的D-HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布。這是用ISE公司的二維器件模擬dessis計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。如該圖所示，通過(guò)像實(shí)施方式1那樣，在集電極層4-基極層6間設(shè)置上述構(gòu)成的第一梯度層5、并在基極層6-發(fā)射極層8間設(shè)置上述構(gòu)成的第二梯度層7，可以消除這些層間的導(dǎo)帶不連續(xù)，變得平滑。
而且從該結(jié)果可以看出，通過(guò)設(shè)置這樣的梯度層5、7還可以抑制電力消耗的增加。
<實(shí)施方式2>
圖3是展示實(shí)施方式2的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面結(jié)構(gòu)圖。該圖所示的半導(dǎo)體器件與用圖1說(shuō)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的不同之處在于，在集電極層4-第一梯度層5間和第二梯度層7-發(fā)射極層8間分別設(shè)置了高濃度摻雜層21、22，其它構(gòu)成相同。
其中，在集電極層4-第一梯度層5間設(shè)置的第一高濃度摻雜層21由In含量與集電極層4相同的n型InGaP構(gòu)成(即，設(shè)定成晶格常數(shù)與基極層6的相等)，且設(shè)定成n型雜質(zhì)的濃度比集電極層4高。因此，基于上述的實(shí)施方式1的集電極層4的構(gòu)成，該第一高濃度摻雜層21，在In含量87％的InGaP中，作為n型雜質(zhì)，例如，以5×1017cm-3～5×1016cm-3，作為一例以1.5×1018cm-3的濃度含有Si。另外，膜厚為1nm～5nm，例如設(shè)定為3nm。
另一方面，在第二梯度層7-發(fā)射極層8間設(shè)置的第二高濃度摻雜層22由In含量與發(fā)射極層8相同的n型InGaP構(gòu)成(即，設(shè)定成晶格常數(shù)與基極層6的相等)，且設(shè)定成n型雜質(zhì)的濃度比發(fā)射極層8高。因此，基于上述的實(shí)施方式1的發(fā)射極層8的構(gòu)成，該第二高濃度摻雜層22，在In含量87％的InGaP中，作為n型雜質(zhì)，例如，以2×1018cm-3～5×1018cm-3，作為一例以4×1018cm-3的濃度含有Si。另外，膜厚為1nm～5nm，例如設(shè)定為3nm。
圖4中展示了具有以上那樣地設(shè)定的構(gòu)成的HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布。與圖2相同，是用ISE公司的二維器件模擬dessis計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。如該圖所示，通過(guò)設(shè)置高濃度摻雜層21、22，通過(guò)在集電極層4-第一梯度層5間設(shè)置上述構(gòu)成的第一高濃度摻雜層21、并在第二梯度層7-發(fā)射極層8間設(shè)置上述構(gòu)成的第二高濃度摻雜層22，與實(shí)施方式1相比，可以消除這些層間的導(dǎo)帶不連續(xù)，變得更平滑。
結(jié)果，通過(guò)設(shè)置這樣的高濃度摻雜層21、22可以比實(shí)施方式1更加抑制電力消耗的增加。
<實(shí)施方式3>
圖5是展示實(shí)施方式3的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面結(jié)構(gòu)圖。該圖所示的半導(dǎo)體器件與用圖1說(shuō)明的實(shí)施方式1的半導(dǎo)體器件的不同之處在于，第一梯度層5′和第二梯度層7′中的成分變化是分階段的(臺(tái)階狀的)，其它構(gòu)成相同。
其中，在集電極層4-基極層7之間配置的第一梯度層5′，與實(shí)施方式1中說(shuō)明的第一梯度層同樣地，設(shè)定雜質(zhì)濃度、膜厚，且由保持與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型的InGaAsP構(gòu)成，用As的濃度和P的濃度改變成分以消除集電極層4-基極層6間的導(dǎo)帶不連續(xù)。于是，構(gòu)成為使InGaAsP的成分按多個(gè)階段(例如三個(gè)或更多個(gè)階段)變化，使得其成分變化為在與集電極層4的界面上成分、晶格常數(shù)與由InGaP構(gòu)成的集電極層4連接，在與基極層6的界面上成分、晶格常數(shù)與由InGaAs構(gòu)成的基極層6連接。
作為這樣的第一梯度層5′中的成分分階段地變化的一例，例示了從集電極層4側(cè)層疊15nm的In0.87GaP、15nm的InxGa1-xAsyP1-y(0.53＜x＜0.87，x＝1-0.6y，例如x＝0.64，y＝0.60)、15nm的In含量40％的InGaAs的三個(gè)階段的成分變化。
另一方面，在基極層7-發(fā)射極層8之間配置的第二梯度層7′，與實(shí)施方式1中說(shuō)明的第二梯度層同樣地，設(shè)定雜質(zhì)濃度、膜厚，且由保持與基極層6相等的晶格常數(shù)的n型的InGaAsP構(gòu)成，用As的濃度和P的濃度改變成分，以消除基極層6-發(fā)射極層8間的導(dǎo)帶不連續(xù)。于是，構(gòu)成為使InGaAsP的成分按多個(gè)階段(例如三個(gè)或更多個(gè)階段)變化，使得其成分變化為在與基極層6的界面上成分、晶格常數(shù)與由InGaAs構(gòu)成的基極層6連接，在與發(fā)射極層8的界面上成分、晶格常數(shù)與由InGaP構(gòu)成的發(fā)射極層8連接。
作為這樣的第二梯度層7′中的成分分階段地變化的一例，例示了從基極層6側(cè)層疊4nm的In含量40％的InGaAs、4nm的InxGa1-xAsyP1-y(0.40＜x＜0.87，x＝1-0.6y，例如x＝0.64，y＝0.60)、4nm的In0.87GaP的三個(gè)階段的成分變化。
圖6中展示了具有以上那樣地設(shè)定的構(gòu)成的D-HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布。與圖2相同，是用ISE公司的二維器件模擬dessis計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。如該圖所示，在設(shè)置成分分階段地變化的第一梯度層5′和第二梯度層7′時(shí)，也與實(shí)施方式1同樣地，可以消除集電極層4-基極層6間、基極層6-發(fā)射極層8間的導(dǎo)帶不連續(xù)，成為更平滑的，且可以抑制電力消耗的增加。
<實(shí)施方式4>
圖7是展示實(shí)施方式4的半導(dǎo)體器件的構(gòu)成的剖面結(jié)構(gòu)圖。該圖所示的半導(dǎo)體器件與用圖5說(shuō)明的實(shí)施方式3的半導(dǎo)體器件的不同之處在于，在集電極層4-第一梯度層5′間和第二梯度層7′-發(fā)射極層8間分別設(shè)置了與實(shí)施方式2中說(shuō)明的相同的高濃度摻雜層21、22，其它構(gòu)成相同。
圖8中展示了具有以上那樣地設(shè)定的構(gòu)成的HBT結(jié)構(gòu)的導(dǎo)帶分布。與圖2相同，是用ISE公司的二維器件模擬dessis計(jì)算出來(lái)的結(jié)果。如該圖所示，通過(guò)在集電極層4-第一梯度層5′間設(shè)置上述構(gòu)成的第一高濃度摻雜層21、并在第二梯度層7′-發(fā)射極層8間設(shè)置上述構(gòu)成的第二高濃度摻雜層22，與實(shí)施方式3相比，可以消除這些層間的導(dǎo)帶不連續(xù)，變得更平滑。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于具有由具有In含量小于53％的成分的InGaAs構(gòu)成的基極層；以及由InGaP構(gòu)成且以?shī)A持該基極層的狀態(tài)設(shè)置的發(fā)射極層和集電極層，該InGaP具有的In含量使得上述發(fā)射極層和集電極層的晶格常數(shù)與上述基極層相等。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在上述基極層和集電極層之間以及上述基極層和發(fā)射極層之間中的至少一者中，設(shè)置有由InGaAsP構(gòu)成的梯度層，該InGaAsP的成分借助于As的濃度和P的濃度而變化以消除該基極層-發(fā)射極層間的導(dǎo)帶不連續(xù)。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述梯度層的成分以保持晶格常數(shù)與上述基極層相等的狀態(tài)變化。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在上述集電極層和上述發(fā)射極層中的至少一者與上述梯度層之間，夾持有以比鄰接的該集電極層或發(fā)射極層更高的濃度摻雜了雜質(zhì)的InGaP層。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述梯度層的成分在其膜厚方向上連續(xù)地變化。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述梯度層的成分在其膜厚方向上分階段地變化。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于上述集電極層、基極層和發(fā)射極層的層疊體形成在由GaAs、InGaAs、InP或InGaP構(gòu)成的基板上。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于在上述基板和上述層疊體之間，設(shè)置有用來(lái)使各自的晶格常數(shù)不同的該基板-層疊體之間晶格匹配的緩沖層。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體器件，是通過(guò)在基極層等中使用載流子遷移率優(yōu)良的InGaAs而可以維持高速動(dòng)作并增大電流增益，且可實(shí)現(xiàn)基板的大口徑化的D－HBT結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，其特征在于具有由具有In含量小于53％的成分的InGaAs構(gòu)成的基極層(6)；以及由InGaP構(gòu)成且以?shī)A持該基極層(6)的狀態(tài)設(shè)置的發(fā)射極層(8)和集電極層(4)，該InGaP具有的In含量使得發(fā)射極層(8)和集電極層(4)的晶格常數(shù)與上述基極層(6)相等。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1819262SQ20061000246
公開(kāi)日2006年8月16日 申請(qǐng)日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者澤田憲 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社