[發明專利]雙極晶體管

有效

• 申請號: 200980150271.2
• 申請日: 2009-10-16
• 公開（公告）號: CN102246283A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 安藤裕二;宮本廣信;中山達峰;岡本康宏;井上隆;大田一樹
• 申請（專利權）人: 日本電氣株式會社
• 主分類號: H01L21/331
• 分類號: H01L21/331;H01L21/205;H01L29/737
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 孫志湧;穆德駿

技術領域

本發明涉及雙極晶體管，更具體地涉及包含III族氮化物半導體作為主要材料的雙極晶體管。

背景技術

已知下述雙極晶體管，其包含III族氮化物半導體作為主要材料。圖1是示出雙極晶體管的典型構造的截面圖。在例如下述文獻中報告了這樣的雙極晶體管：L.S.McCarthy等人，″AlGaN/GaN?Heterojunction?Bipolar?Transistor″，IEEE?Electron?Device?Letters，Vol.20，No.6，pp.277，(1999)。

在圖1中，雙極晶體管包括：藍寶石襯底100；子集電極層103，其包括高密度n型GaN；集電極層104，其包括低密度n型GaN；基極層105，其包括p型GaN；以及發射極層106，其包括n型Al_0.1Ga_0.9N。相對于襯底表面的晶體生長方向與[0001]方向平行。分別形成：發射極電極10E，其接觸n型AlGaN發射極層106；基極電極10B，其接觸p型GaN基極層105；以及集電極電極10C，其接觸n型GaN子集電極層103。

作為現有技術，在國際專利公布No.WO2004/061971(對應于美國專利公開US2005/224831(A1))中公開了p型氮化物半導體結構和雙極晶體管。該p型氮化物半導體結構具有p型氮化物半導體層，其包括在進行蝕刻處理的p型氮化物半導體上再生長的In。

此外，在日本專利公開No.JP2006-128554(A)中公開了雙極晶體管及其制造方法。這種雙極晶體管包括第一半導體層、第二半導體層和第三半導體層。這種雙極晶體管具有絕緣膜，該絕緣膜具有形成在第二半導體層下面的開口部，并且第一半導體層的一部分形成為接觸絕緣膜下面。

此外，在日本專利公開No.JP2008-4779(A)中公開了氮化物半導體雙極晶體管和氮化物雙極晶體管的制造方法。這種氮化物半導體雙極晶體管具有形成為接觸發射極電極或集電極電極的氮化物半導體層，其包括InAlGaN四元混合晶體。

此時，本發明人現在已經發現下面的事實。圖2是示出圖1中所示的雙極晶體管的能帶的圖。該能帶圖示出在基極和發射極之間施加正向偏壓并且在基極和集電極之間施加反向偏壓的情況。根據能帶計算，已知在相對于GaN的導帶的底部，即伽馬(Γ)波谷大約2.0電子伏特的高能帶中存在L-M波谷和第二伽馬(Γ)波谷。這些被統稱為圖2中描述的“上波谷”(在附圖中由虛線表示)。

如圖2中所示，在圖1中所示的雙極晶體管中，電場強度在基極層105和集電極層104之間的界面附近變得最大。因此，從基極層105注入到集電極層104中的電子變為高能，并且經歷聲子散射以容易地過渡到上波谷。因此，該雙極晶體管具有降低高壓操作下的載流子速度以降低截止頻率的趨勢。而且，因為電子易于在集電極層104中具有高能并且構成集電極層104的GaN具有較窄的帶隙，因此容易出現雪崩擊穿。因此，該雙極晶體管具有集電極擊穿電壓低的問題。

引用列表

專利文獻

[專利文獻1]WO2004/061971

[專利文獻2]JP2006-128554A

[專利文獻3]JP2008-4779A

非專利文獻

[非專利文獻1]L.S.McCarthy等人，″AlGaN/GaN?Heterojunction?Bipolar?Transistor″，IEEE?Electron?Device?Letters，Vol.20，No.6，pp.277，(1999)

發明內容

本發明的目的是提供一種雙極晶體管，所述雙極晶體管在解決了上述問題的同時具有高集電極擊穿電壓并且即使在高壓下也具有良好的電子傳送特性。

本發明的雙極晶體管包括襯底、集電極層、p導電型基極層和n導電型發射極層。集電極層形成在襯底上，并且包括第一氮化物半導體。p導電型基極層形成在集電極層上，并且包括第二氮化物半導體。n導電型發射極層形成在基極層上，并且包括第三氮化物半導體。集電極層、基極層和發射極層形成為相對于襯底的表面的晶體生長方向與襯底的[0001]方向平行。第一氮化物半導體包括In_ycAl_xcGa_1-xc-ycN(0≤xc≤1，0≤yc≤1，0＜xc+yc≤1)。第一氮化物半導體中的表面側上的a軸的長度比襯底側上的a軸的長度長。