[其他]具有一連續漸變帶隙半導體區域的半導體器件

無效

• 申請號: 87107592
• 申請日: 1987-09-25
• 公開（公告）號: CN87107592A
• 公開（公告）日: 1988-10-12
• 發明（設計）人: 齋藤惠志;藤岡靖
• 申請（專利權）人: 佳能株式會社
• 主分類號: H01L29/14
• 分類號: H01L29/14;H01L29/66
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利代理部
• 代理人: 李強

本發明與含有非單晶材料的半導體器件有關。尤其是與包括晶體管和二極管的半導體器件有關，該器件有一區域，其中的帶隙至少在一非結位置處是連續漸變的，並且只有導帶和價帶之一是連續漸變的。

按照本發明所說的晶體管和二極管，在下面分別稱為“漸變帶隙晶體管”和“漸變帶隙二極管”。

迄今為止，已提出各種各樣具有半導體區域的晶體管和二極管，在該區域中禁帶（即帶隙）是以斜坡狀漸變的，這有助于加速頻率響應，當把它們用作光敏三極管或光敏二極管時，也能提高光敏響應。

但是，對這些晶體管和二極管的研究重點放在應用晶體半導體方面，尤其是應用GaAs（Al）半導體。在應用所說的GaAs（Al）半導體情況下，是按照分子束外延法來制造晶體管或二極管的?！矃⒁奆·Capasso，Surface????Science，142，pp.513-528（1984）〕

在分子束外延法中，形成薄膜的操作需要在超高真空中進行，並且應用此方法，在基片上生成半導體膜的沉積速率低。此外，不僅難以大規模生產此種膜，而且也難以將此形成的膜加工到大面積。而且，由于Ga和As對人體有害，用它們作為原料會產生麻煩。

與上述不同，也曾試驗用易于得到的Si和Ge作為原料來制造這種半導體器件。但是大家公認，由于Si和Ge的級配常數彼此不同，用這樣的原料難以制成沒有不希望結構缺陷的單晶體膜。

在這方面，曾重點研究非單晶SiGe膜，該SiGe膜有利于制造太陽能電池和光電檢測器。在非單晶膜情況下，不需考慮有關組成材料之間的上述差異問題，結構上的自由度大，能夠用氫原子或鹵素原子如氟容易地補償懸掛鍵。正由于此，能有效地生成實體的非單晶SiGe膜。

此外，適當改變含于膜中的Si和Ge的數量比，就能使非單晶SiGe膜的帶隙連續地變化。

同樣，也曾對非單晶SiC、SiN和SiO膜進行了各種研究，這些膜適用于制造上面所述的半導體器件。

對于那樣的非單晶膜，改變其組成元素間的數量比，就能使它們的帶隙連續的漸變。

但是，由于它們的遷移率低，用這些非單晶膜，還未能得到所希望的高效晶體管和二極管等。

順便提一下，在美國專利4254429中提出了建議，用這樣的非單晶膜制造具有異質結的晶體管或光敏二極管。

所說出版物的公開內容的目的在于防止在組成部分層間的交界面處形成缺陷或/和失配。由此，即使在所說的出版物中，也未能在實際上制成滿意的高效率晶體管和二極管，與此同時，又避免關于非單晶膜遷移率小所引起的上述問題。

參照所說出版物中公開的半導體器件，在有一半導體膜作為主要組成部分的情況下，該膜中的導帶和價帶二者相對費米能級而言都是傾斜的，並且該膜有一向另一方向擴展的帶隙，也就是說，在形成漏斗狀帶隙的同時，由于空穴或電子二者之一的載流子易于積累，器件的特性就可以提高。

舉例說，把所說器件用作晶體管，在此情況下，晶體管的特性低。同樣，把所說器件用作二極管，這種情況下，就成為一種特性低的二極管。

此外，把所說器件作為太陽電池應用，不可能滿意地增加短路電流（Isc），開路電壓（Voc）以及占空因數（FF）其中任何一個。

本發明的目的在于改善已知半導體器件的頻率特性，諸如含有一非單晶半導體膜的晶體管和二極管這類半導體器件。

本發明的另一個目的，旨在得到一種改善的半導體器件，它包括能在商業上大量生產的改進的晶體管和改進的二極管。

本發明的進一步目的是要提供一種改進的半導體器件，它包括改進的晶體管和改進的二極管，尤其在光敏響應方面更為優越。

圖1是解釋一代表性實施例的示意圖，這是本發明所說的漸變帶隙晶體管結構的示意圖;

圖2（a）至圖2（c）是按本發明例子制造的漸變帶隙晶體管各能帶的解釋性示意圖;

圖3是測量器件樣品內部光發射和V-I（電壓-電流）特性曲線的解釋性示意圖;

圖4是一代表性實施例的示意圖，它說明按照本發明所制造的漸變帶隙二極管的結構;

圖5（a）至圖5（c）以及圖6是按本發明的例子制造的漸變帶隙二極管各能帶的解釋性簡圖;

圖7是生產裝置示意圖，該設備作為制造本發明的漸變帶隙晶體管或二極管所用設備的一個例子;

圖8是一種生產裝置的示意圖，作為用以制造本發明的漸變帶隙晶體管或二極管設備的另一個例子。

本發明人為了達到前面所述的目的進行了廣泛的研究，結果、完成了基于下面所述研究成果的發明。