[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280010887.1
• 申請(qǐng)日: 2012-01-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103403848A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石橋忠夫;安藤精后;村本好史;吉松俊英;橫山春喜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: NTT電子股份有限公司;日本電信電話株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/331
• 分類號(hào): H01L21/331;G02F1/017;H01L29/737;H01L31/10
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 高科

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

由III-V族的化合物半導(dǎo)體制作的所謂化合物半導(dǎo)體器件，作為高速動(dòng)作優(yōu)良的異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙極晶體管（HBT：Heterostructure?Bipolar?Transistor）以及具有發(fā)光、受光、光調(diào)制功能的各種各樣的光器件，成為現(xiàn)在的光通信系統(tǒng)和無(wú)線系統(tǒng)中不可或缺的部件。這樣的化合物半導(dǎo)體器件，隨著要求更高速的動(dòng)作，器件更微細(xì)化，容易引起以下所述的化合物半導(dǎo)體造成的問(wèn)題。

以Si系材料為基礎(chǔ)的集成電路技術(shù)，可以促進(jìn)雜質(zhì)熱擴(kuò)散和離子注入、Si的氧化/絕緣層形成、多晶Si堆積、選擇性生長(zhǎng)等有一定自由度的制作工藝技術(shù)。另一方面，化合物半導(dǎo)體器件多為以臺(tái)面結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的器件形態(tài)。因此，伴隨臺(tái)面加工的尺寸控制性的問(wèn)題、其材料特性、表面特性對(duì)化合物半導(dǎo)體器件的制約大。尤其是，化合物半導(dǎo)體器件難以使表面去活性化（＝鈍化）。鈍化困難的原因是在化合物半導(dǎo)體的表面產(chǎn)生能級(jí)。表面產(chǎn)生的能級(jí)捕獲載流子電荷，器件結(jié)構(gòu)內(nèi)的電位分布的控制變得困難，產(chǎn)生伴隨表面的電流路徑的異常的正方向電流，且成為再結(jié)合中心，發(fā)生暗電流增大的問(wèn)題。

這樣的化合物半導(dǎo)體的表面特性的問(wèn)題，尤其在HBT的基極層、集電極層中使用最適合高速動(dòng)作的電子移動(dòng)度高的InGaAs時(shí)有大的影響。另外，化合物半導(dǎo)體的表面特性的問(wèn)題，對(duì)與長(zhǎng)距離光通信的使用波長(zhǎng)（1.5微米帶）對(duì)應(yīng)地使用InGaAs和包含它的多重量子阱結(jié)構(gòu)的光器件也有影響。這是因?yàn)镮nGaAs的帶隙能量小到0.75eV且難以鈍化，所以有其pn結(jié)的泄漏電流高的傾向。這樣的化合物半導(dǎo)體的表面特性的問(wèn)題是異質(zhì)結(jié)構(gòu)雙極晶體管、pin型光電二極管等共有的問(wèn)題。

圖6是說(shuō)明現(xiàn)有的典型的超高速HBT?50的結(jié)構(gòu)的剖面圖。HBT?50為了高速化必須把結(jié)構(gòu)微細(xì)化，通常由臺(tái)面型的pn結(jié)重疊而構(gòu)成器件。HBT?50是p型基極層506和n型集電極層503使用了InGaAs的npn型。

HBT?50，在半絕緣性InP襯底501上配置島狀地電氣分離的InP子集電極層502，在其上配置由低濃度的n型InGaAs集電極層503和p型InGaAs基極層506構(gòu)成的基極-集電極臺(tái)面，在該臺(tái)面的上部配置n型InP發(fā)射極層507。HBT?50進(jìn)而具有發(fā)射極電極508、基極電極509和集電極電極510。通常，像HBT?50那樣，p型基極層506和n型集電極層503是相同尺寸的臺(tái)面，圖6的A-A’剖面中的能帶圖像圖7那樣。因此，在基極-集電極結(jié)的臺(tái)面?zhèn)让骐妶?chǎng)原樣保留，由InGaAs構(gòu)成的基極-集電極結(jié)的臺(tái)面的側(cè)面表面難以鈍化，有結(jié)的泄漏電流增大的傾向。如果正方向電流增大，則集電極的接通電壓增大，低集電極電壓區(qū)域的動(dòng)作變得困難，發(fā)生因其不穩(wěn)定性而損害可靠性的問(wèn)題。另外，如果反方向的泄漏電流大，則基極電流的一部分流入集電極側(cè)，所以還發(fā)生低電流動(dòng)作變得困難的問(wèn)題。

另外，像后述的圖8的光電二極管60那樣，也可以在p型基極層506的下部插入相當(dāng)于減小泄漏電流的未摻雜的InGaAsP表面覆蓋層604的層。但是，該結(jié)構(gòu)的集電極臺(tái)面增大，阻礙器件的微細(xì)化。

圖8是說(shuō)明要求超高速動(dòng)作的通信用光電二極管、尤其是要求10Gb/s以上速度的光電二極管60的結(jié)構(gòu)的剖面圖。光電二極管60，為了降低結(jié)容量，多采用在半絕緣性InP601上設(shè)置臺(tái)面型的半導(dǎo)體層的結(jié)構(gòu)。

光電二極管60，由從下層側(cè)開(kāi)始以n型InP接觸層602、低濃度的InGaAs光吸收層603、低濃度的InGaAsP表面覆蓋層604和p型InP接觸層605的順序進(jìn)行臺(tái)面加工得到的層構(gòu)成，而且具有施加電壓所必需的p電極606和n電極607。

與圖6的HBT?50不同，光電二極管60在包含InGaAs光吸收層603的寬的中間部臺(tái)面上，島狀地形成比較窄的p型區(qū)域（p型InP接觸層605）。pn結(jié)的有源區(qū)域是被p型InP接觸層605規(guī)定的區(qū)域，結(jié)容量小。圖9（A）是圖8的A-A’剖面中的能帶圖。像該能帶圖所示的那樣，InGaAs光吸收層603被耗盡，以感應(yīng)出適合二極管動(dòng)作的電場(chǎng)。

InGaAs光吸收層603的上表面，被防止InGaAs露出的帶隙比較大的未摻雜的InGaAsP表面覆蓋層604覆蓋。而且，由于InGaAs光吸收層603的上表面加寬，所以中間部臺(tái)面比現(xiàn)有的光電二極管寬。通過(guò)成為這樣的結(jié)構(gòu)，到達(dá)中間部臺(tái)面的側(cè)面的電場(chǎng)減少，光電二極管60可以抑制InGaAs的表面造成的泄漏電流的產(chǎn)生。