[其他]二維電子氣發射極半導體器件

無效

• 申請號: 85107336
• 申請日: 1985-10-03
• 公開（公告）號: CN85107336A
• 公開（公告）日: 1987-05-20
• 發明（設計）人: 朱恩均
• 申請（專利權）人: 南京電子器件研究所
• 主分類號: H01L29/70
• 分類號: H01L29/70;H01L29/00
• 代理公司: 電子工業部專利服務中心
• 代理人: 許兆鵬

本發明涉及一種新型半導體器件-二維電子氣發射極半導體器件。

目前已有的半導體器件大部分是同質半導體器件，即發射極結的兩側是由同一種半導體，但摻以不同類型的（N型的或P型的）雜質所構成。正在研究的高電子遷移率晶體管（HEMT-HighElectron????MObillity????Transistor）雖然利用了異質結結構界面上出現的二維電子氣。但它本質上是用電場來控制二維電子氣濃度和運動的場效應器件;異質結晶體管（HBT-Heterojuction????Bipolar????Transistor）則是僅考慮從寬禁帶半導體向窄禁帶半導體過渡時，禁帶寬度改變，致使兩個帶邊的斜率和由此產生的作用于電子和空穴的力不再相等，利用禁帶寬度的變化和作用于電子和空穴上的電場力控制載流子的分布和流動，從而構成HBT。

本發明的任務是用任何工藝，特別是適合于大批生產的離子注入工藝和CVD工藝來制造一種新型的半導體器件-二維電子氣發射極半導體器件。

本發明的指導思想是：一個性能良好、具有通用性（適合于砷化鎵、磷化銦、硅……）的發射極材料，必須滿足三個條件。

（1）寬禁帶、低空穴遷移率。這是保證自基區注入發射區的空穴注入流極小的前提條件。

（2）電子親合勢低。

這一條是本發明之重點。電子親和勢低，才能在與發射極材料相接之襯底材料表面引起一層二維電子氣。它出現在結界面的襯底材料一側，效果相當于高摻雜的發射極，不致使禁帶寬度變窄，因此界面上的空穴濃度很低，相應的界面復合電流也很低。

（3）與襯底材料間的界面態度低，同時能重摻雜。假若發射極材料與襯底材料之間的界面態密度高，結界面會形成大量負電荷、發射極材料導帶底部將向上彎曲，從而降低二維電子氣密度，如果發射極材料在緊靠結果面處可以重摻雜到10²⁰/cm³以上，并且與襯底材料間的界面態密度低，則發射極材料導帶底部不致于明顯地向上彎曲，二維電子氣不致明顯降低。

本發明實現了二維電子氣發射極半導體器件，即在發射極結界面的襯底材料一側形成相當于重摻雜發射極的二維電子氣層的半導體器件，它可以用任何能實現異質結結構的工藝技術。例如CVD工藝制成。

在發明范圍內的襯底材料是用離子注入工藝，制成P型基區的GaAs、I_nP、Si等。

在發明范圍內作為發射極材料的包括含F的無定型硅碳化合物Si_xC_1-x：F。

在使用結術語的地方，發射極是異質結結構的N-P結、N⁺-P^-結和N⁺-P結。

圖1是按本發明制造的二維電子氣發射極半導體器件發射極結的能帶圖。發射極材料禁帶寬度沒有變窄，其導帶底部沒有明顯地向上彎曲，結界面上態引起的負電荷可以忽略相當于重摻雜發射極的二維電子氣出現在結界面的襯底材料一側。

與此相反，公知的HBT的發射極結，在重摻雜時發射極材料禁帶寬度將會變窄，并且沒有二維電子氣在結界面的襯底一側生成。

圖2是按本發明制造的NPN結構的二維電子氣發射極晶體管的一個實施例。N⁺GaAs襯底（10）上，外延N型GaAs構成晶體管的集電極區（20），用Si₃N₄作純化膜（30），用選擇性離子注入工藝制成P型基區（40），用CVD法淀積含F的無定型硅碳化合物Si_xC_1-x：F（50）作發射極，經過有關工藝的處理后，用公知技術設置電極，就可以得到一個二維電子氣發射極晶體管。

用相似的方法可以制成以二維電子氣發射極晶體管作為有源器件的集成電路。