异质结双极型晶体管和利用它构成的半导体集成电路器件制造技术

异质结双极型晶体管具有提高的击穿电压，并抑制Ｉ＃－［Ｃ］－Ｖ＃－［ＣＥ］特性的增长特性的退化。集电极区域包括半导体第一、第二集电极层。第一集电极层是由掺杂或未掺杂的半导体制成的，与副集电极区域接触。第二集电极层是由掺杂或未掺杂的半导体制成的，具有比第一集电极层窄的带隙，与基极区域接触。第三集电极层具有比第二集电极层高的掺杂浓度，被第一集电极层和第二集电极层夹在当中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及异质结半导体器件，具体地说涉及提高了击穿电压的异质结双极型晶体管和使用它的半导体集成电路器件。附图说明图1是现有技术中的异质结双极型晶体管的能带示意图，其中具有低冲击电离系数的半导体层没有插入到集电极层区域中。这样的晶体管包括发射极层105、基极层106、集电极层113和副集电极104层。在没有电流流过集电极或集电极电流低时，在图1中的虚线B1和B2分别给出了集电极层113中的导带的底Ec和价带的顶Ev。在大集电极电流流过时，空间电荷增加，因此如图1的实线A1和A2所示，导带的底Ec和价带的顶Ev分别提高。结果，随着集电极电流增加，在集电极层113基极侧上的电场强度倾向于降低，同时在集电极层113的副集电极侧的电场强度倾向于提高。图2示出了为了提高击穿电压的改进的现有技术的异质结双极型晶体管的能带图。这个晶体管的结构与图1的相同，只是半导体层114插入到集电极层113中。层114比层113具有较宽的能带隙。在上面提到的公开文本No.7-16172中公开了这种结构。从图2的能带结构来看，半导体层114附加在高电场部分的集电极层113的副集电极侧。带隙越宽，冲击电离系数越低，击穿电压越高。因此，在半导体层114比集电极层113，更不容易发生雪崩。这意味着，提高了工作时的击穿电压。从图2的能带结构来看，取决于半导体层材料的类型，存在着，在带隙彼此不同的集电极层113和半导体层114之间发生“导带不连续”的可能性。如果是这样，那么，因为导带不连续引起的载流子的积聚和滞留，所以晶体管的高频特性会退化。为了抑制高频特性的退化，在层113和114之间引入带有高掺杂浓度的p-n结是有效的。在1995年的日本的未审决公开文本No.7-193084中公开了这个技术，它的能带结构示于图3。如图3所示，引入重掺杂有p型掺杂剂的p+型In0.53Ga0.47As层116a和重掺杂有n型掺杂剂的n+型InP层116b，在i型In0.53Ga0.47As集电极层113a和n型InP集电极层115之间形成p-n结。标号105a、106a和104a分别是发射极层、基极层和副集电极层。图4示出了现有技术的异质结双极型晶体管，它既改进了击穿电压也改进了高频特性。在1996年公开的日本未审决公开文本No.6-326120中公开了这个技术。这个结构是通过，在图2的结构中，在i型GaAs集电极层113和比层113具有更宽带隙的n型AlGaAs层114之间，插入重掺杂的p型GaAs层116获得的。由于插入GaAs层116，在集电极层113中的电场减弱，因此，限制电子进入它们的高能状态，以致抑制它们的速度的降低。这样，不仅提高了击穿电压，而且也改善了高频特性。但是，示于图2-4的上述的现有技术的能带结构具有如下的问题。具体地说，图2的现有技术结构，没有采取措施限制在集电极层113中的高电场部分，在增加集电极电流时，向基极层106扩展。因此，随着集电极电流增加，高电场部分不仅向半导体层114扩展，而且向集电极层113扩展。结果，出现击穿电压降低的问题。关于图3的现有技术结构，p+型In0.53Ga0.47As层116a和n+型InP层116b明显减弱带隙的不连续性。然而，这些层116a和116b形成高掺杂浓度的p-n结，这样，在层116a中产生高电场。结果，出现的问题是，雪崩击穿可能在层116a中发生。这就是说，击穿电压可能降低。而且，即使带隙不连续性显著减弱，实际上也不能够消除上述问题。另外，如果图2中的集电极层113和半导体层114分别由GaAs和INGaP制造，将会发生下面的问题。如果InGaP层114生长形成它的自然超晶格，在GaAs层113和InGaP层114的界面上的几乎所有的的带隙不连续性都能够被消除。因此，图3的能带结构是不必要的。这意味着，能够使用比图3更简单的图2的能带结构。但是，如果这样的话，那么，问题是，集电极电流—集电极电压特性的增长特性退化。根据图4的现有技术结构，p+型GaAs层116是重掺杂p型半导体，因此，层116的电势提高。如果用n型InGaP层代替n型AlGaAs层115b，则层116的电势增加。结果，也出现集电极电流—电压的增长特性退化的问题。因此，本专利技术的目的是提供一种具有提高了的击穿电压的异质结双极型晶体管，和使用这样的晶体管的半导体集成电路。本专利技术的另一个目的是提供一种异质结双极型晶体管和使用这种晶体管的半导体集成电路装置，上述晶体管抑制集电极电流—电压特性的增长特性的退化。通过下面的说明，本领域技术人员能够明了本专利技术的上述和其他的目的。根据本专利技术的第一方面，提供了一种异质结双极型晶体管，包括副集电极区域，它由第一导电类型的半导体制成；集电极区域，它由第一导电类型的半导体制成，与副集电极区域接触；基极区域，它由第二导电类型的半导体制成，与集电极区域接触；发射极区域，它由第一导电类型的半导体制成，与基极区域接触；集电极区域包括第一集电极层，它由第一导电类型半导体或未掺杂的半导体制成，与副集电极区域接触；第二集电极层，它由第一导电类型半导体或未掺杂的半导体制成，具有比第一集电极层窄的带隙，与基极区域接触；第三集电极层，它由比第二集电极层更高掺杂浓度的第一导电类型半导体制成，在第一集电极层和第二集电极层之间。根据本专利技术的第一方面的异质结双极型晶体管，在集电极区域中，由第一导电类型的半导体制造的第三集电极层位于第一集电极层(它是由第一导电类型的半导体或未掺杂的半导体制成)和第二集电极层(它是由第一导电类型或未掺杂的半导体制成)之间，因此，与不设置第三集电极层的情况相比，在第一集电极层和第三集电极层之间的界面上的电势降低。这意味着，在所述的界面上不形成势垒。结果，限制了集电极电流—集电极电压特性增长特性的退化。通过改变第三集电极层的掺杂浓度，改变位于第一和第二集电极层之间的第三集电极层的电势值或电平。这意味着，能够调节向第一和第二集电极层施加的电势(或电压)的比，也就是说，能够调节在第一和第二集电极层中的电场比。因此，能够很好地分配第一和第二集电极层的电场，使得与第一和第二集电极层的冲击电离系数的比一致。结果，有效地抑制在第一和第二集电极层中发生雪崩击穿，从而提高击穿电压。在根据本专利技术第一方面的晶体管的优选实施例中，第一集电极层是由InGaP制造的，它含有具有在第III族(Group-III)原子层中规律排列的In原子和Ga原子的自然超晶格。在根据本专利技术第一方面的另一个优选实施例中，第三集电极层包括与第一集电极层或第二集电极层相同的半导体。如果第二集电极层是由GaAs制成，则第三集电极层是由GaAs或任何其他包括GaAs的半导体制成。在根据本专利技术的第一方面的晶体管的另一个优选实施例中，第三集电极层是由包括GaAs的半导体制成的。最好是，第三集电极层是由从以下的组中选择的混合的半导体晶体制造InGaAs，AlGaAs，InAlAs和InAlGaAs。在根据本专利技术的第一方面的另一个优选实施例中，第二集电极层是由包括GaAs的半导体制成的。最好是，第二集电极层是由从以下的组中选择的半导体晶体制造InGaAs，AlGaAs，InAlAs和InAlGaAs。最好是，第三集电极层具有最多1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结双极型晶体管，包括： 副集电极区域，它由第一导电类型的半导体制成； 集电极区域，它由第一导电类型的半导体制成，与副集电极区域接触； 基极区域，它由第二导电类型的半导体制成，与集电极区域接触； 发射极区域，它由第一导电类型的半导体制成，与基极区域接触； 集电极区域包括： 第一集电极层，它由第一导电类型半导体或未掺杂的半导体制成，与副集电极区域接触； 第二集电极层，它由第一导电类型半导体或未掺杂的半导体制成，具有比第一集电极层更窄的带隙，与基极区域接触； 第三集电极层，它由比第二集电极层掺杂浓度更高的，第一导电类型的半导体制成，在第一集电极层和第二集电极层之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2002-1-18 010456/20021.一种异质结双极型晶体管，包括副集电极区域，它由第一导电类型的半导体制成；集电极区域，它由第一导电类型的半导体制成，与副集电极区域接触；基极区域，它由第二导电类型的半导体制成，与集电极区域接触；发射极区域，它由第一导电类型的半导体制成，与基极区域接触；集电极区域包括第一集电极层，它由第一导电类型半导体或未掺杂的半导体制成，与副集电极区域接触；第二集电极层，它由第一导电类型半导体或未掺杂的半导体制成，具有比第一集电极层更窄的带隙，与基极区域接触；第三集电极层，它由比第二集电极层掺杂浓度更高的，第一导电类型的半导体制成，在第一集电极层和第二集电极层之间。2.根据权利要求1的晶体管，其中，第一集电极层是由InGaP制成的，它含有具有在第III族(Group-III)原子层中规律排列的In原子和Ga原子的自然超晶格。3.根据权利要求1的晶体管，其中，第三集电极层包括与第一集电极层或第二集电极层相同的半导体。4.根据权利要求1的晶体管，其特征在于第三集电极层是由包括GaAs的半...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹羽隆树，岛胁秀德，东晃司，黑泽直人，
申请(专利权)人：NEC化合物半导体器件株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]