[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的器件结构。

背景技术

由III-V族的化合物半导体制作的所谓化合物半导体器件，作为高速动作优良的异质结构双极晶体管（HBT：Heterostructure Bipolar Transistor）以及具有发光、受光、光调制功能的各种各样的光器件，成为现在的光通信系统和无线系统中不可或缺的部件。这样的化合物半导体器件，随着要求更高速的动作，器件更微细化，容易引起以下所述的化合物半导体造成的问题。

以Si系材料为基础的集成电路技术，可以促进杂质热扩散和离子注入、Si的氧化/绝缘层形成、多晶Si堆积、选择性生长等有一定自由度的制作工艺技术。另一方面，化合物半导体器件多为以台面结构为基础的器件形态。因此，伴随台面加工的尺寸控制性的问题、其材料特性、表面特性对化合物半导体器件的制约大。尤其是，化合物半导体器件难以使表面去活性化（＝钝化）。钝化困难的原因是在化合物半导体的表面产生能级。表面产生的能级捕获载流子电荷，器件结构内的电位分布的控制变得困难，产生伴随表面的电流路径的异常的正方向电流，且成为再结合中心，发生暗电流增大的问题。

这样的化合物半导体的表面特性的问题，尤其在HBT的基极层、集电极层中使用最适合高速动作的电子移动度高的InGaAs时有大的影响。另外，化合物半导体的表面特性的问题，对与长距离光通信的使用波长（1.5微米带）对应地使用InGaAs和包含它的多重量子阱结构的光器件也有影响。这是因为InGaAs的带隙能量小到0.75eV且难以钝化，所以有其pn结的泄漏电流高的倾向。这样的化合物半导体的表面特性的问题是异质结构双极晶体管、pin型光电二极管等共有的问题。

图6是说明现有的典型的超高速HBT 50的结构的剖面图。HBT 50为了高速化必须把结构微细化，通常由台面型的pn结重叠而构成器件。HBT 50是p型基极层506和n型集电极层503使用了InGaAs的npn型。

HBT 50，在半绝缘性InP衬底501上配置岛状地电气分离的InP子集电极层502，在其上配置由低浓度的n型InGaAs集电极层503和p型InGaAs基极层506构成的基极-集电极台面，在该台面的上部配置n型InP发射极层507。HBT 50进而具有发射极电极508、基极电极509和集电极电极510。通常，像HBT 50那样，p型基极层506和n型集电极层503是相同尺寸的台面，图6的A-A’剖面中的能带图像图7那样。因此，在基极-集电极结的台面侧面电场原样保留，由InGaAs构成的基极-集电极结的台面的侧面表面难以钝化，有结的泄漏电流增大的倾向。如果正方向电流增大，则集电极的接通电压增大，低集电极电压区域的动作变得困难，发生因其不稳定性而损害可靠性的问题。另外，如果反方向的泄漏电流大，则基极电流的一部分流入集电极侧，所以还发生低电流动作变得困难的问题。

另外，像后述的图8的光电二极管60那样，也可以在p型基极层506的下部插入相当于减小泄漏电流的未掺杂的InGaAsP表面覆盖层604的层。但是，该结构的集电极台面增大，阻碍器件的微细化。

图8是说明要求超高速动作的通信用光电二极管、尤其是要求10Gb/s以上速度的光电二极管60的结构的剖面图。光电二极管60，为了降低结容量，多采用在半绝缘性InP601上设置台面型的半导体层的结构。

光电二极管60，由从下层侧开始以n型InP接触层602、低浓度的InGaAs光吸收层603、低浓度的InGaAsP表面覆盖层604和p型InP接触层605的顺序进行台面加工得到的层构成，而且具有施加电压所必需的p电极606和n电极607。

与图6的HBT 50不同，光电二极管60在包含InGaAs光吸收层603的宽的中间部台面上，岛状地形成比较窄的p型区域（p型InP接触层605）。pn结的有源区域是被p型InP接触层605规定的区域，结容量小。图9（A）是图8的A-A’剖面中的能带图。像该能带图所示的那样，InGaAs光吸收层603被耗尽，以感应出适合二极管动作的电场。

InGaAs光吸收层603的上表面，被防止InGaAs露出的带隙比较大的未掺杂的InGaAsP表面覆盖层604覆盖。而且，由于InGaAs光吸收层603的上表面加宽，所以中间部台面比现有的光电二极管宽。通过成为这样的结构，到达中间部台面的侧面的电场减少，光电二极管60可以抑制InGaAs的表面造成的泄漏电流的产生。