一连续渐变带隙半导体区域的半导体器件制造技术

一种改进的半导体器件，诸如改进的渐变带隙晶体管和改进的渐变带隙二极管，其特征在于该器件由含有硅原子、调节带隙的原子和降低定域能级的原子的非单晶材料构成，并且该器件至少在非结位置的一个方位上还具有一个带隙连续渐变的区域，而且只有导带和价带之一是连续渐变的。即显著地改善了频率特性，又改善了光敏效应。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术与含有非单晶材料的半导体器件有关。尤其是与包括晶体管和二极管的半导体器件有关，该器件有一区域，其中的带隙至少在一非结位置处是连续渐变的，並且只有导带和价带之一是连续渐变的。按照本专利技术所说的晶体管和二极管，在下面分别称为“渐变带隙晶体管”和“渐变带隙二极管”。迄今为止，已提出各种各样具有半导体区域的晶体管和二极管，在该区域中禁带(即带隙)是以斜坡状渐变的，这有助于加速频率响应，当把它们用作光敏三极管或光敏二极管时，也能提高光敏响应。但是，对这些晶体管和二极管的研究重点放在应用晶体半导体方面，尤其是应用GaAs(Al)半导体。在应用所说的GaAs(Al)半导体情况下，是按照分子束外延法来制造晶体管或二极管的。〔参见F·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进行，並且应用此方法，在基片上生成半导体膜的沉积速率低。此外，不仅难以大规模生产此种膜，而且也难以将此形成的膜加工到大面积。而且，由于Ga和As对人体有害，用它们作为原料会产生麻烦。与上述不同，也曾试验用易于得到的Si和Ge作为原料来制造这种半导体器件。但是大家公认，由于Si和Ge的级配常数彼此不同，用这样的原料难以制成没有不希望结构缺陷的单晶体膜。在这方面，曾重点研究非单晶SiGe膜，该SiGe膜有利于制造太阳能电池和光电检测器。在非单晶膜情况下，不需考虑有关组成材料之间的上述差异问题，结构上的自由度大，能够用氢原子或卤素原子如氟容易地补偿悬挂键。正由于此，能有效地生成实体的非单晶SiGe膜。此外，适当改变含于膜中的Si和Ge的数量比，就能使非单晶SiGe膜的带隙连续地变化。同样，也曾对非单晶SiC、SiN和SiO膜进行了各种研究，这些膜适用于制造上面所述的半导体器件。对于那样的非单晶膜，改变其组成元素间的数量比，就能使它们的带隙连续的渐变。但是，由于它们的迁移率低，用这些非单晶膜，还未能得到所希望的高效晶体管和二极管等。顺便提一下，在美国专利4254429中提出了建议，用这样的非单晶膜制造具有异质结的晶体管或光敏二极管。所说出版物的公开内容的目的在于防止在组成部分层间的交界面处形成缺陷或/和失配。由此，即使在所说的出版物中，也未能在实际上制成满意的高效率晶体管和二极管，与此同时，又避免关于非单晶膜迁移率小所引起的上述问题。参照所说出版物中公开的半导体器件，在有一半导体膜作为主要组成部分的情况下，该膜中的导带和价带二者相对费米能级而言都是倾斜的，並且该膜有一向另一方向扩展的带隙，也就是说，在形成漏斗状带隙的同时，由于空穴或电子二者之一的载流子易于积累，器件的特性就可以提高。举例说，把所说器件用作晶体管，在此情况下，晶体管的特性低。同样，把所说器件用作二极管，这种情况下，就成为一种特性低的二极管。此外，把所说器件作为太阳电池应用，不可能满意地增加短路电流(Isc)，开路电压(Voc)以及占空因数(FF)其中任何一个。本专利技术的目的在于改善已知半导体器件的频率特性，诸如含有一非单晶半导体膜的晶体管和二极管这类半导体器件。本专利技术的另一个目的，旨在得到一种改善的半导体器件，它包括能在商业上大量生产的改进的晶体管和改进的二极管。本专利技术的进一步目的是要提供一种改进的半导体器件，它包括改进的晶体管和改进的二极管，尤其在光敏响应方面更为优越。图1是解释一代表性实施例的示意图，这是本专利技术所说的渐变带隙晶体管结构的示意图;图2(a)至图2(c)是按本专利技术例子制造的渐变带隙晶体管各能带的解释性示意图;图3是测量器件样品内部光发射和V-I(电压-电流)特性曲线的解释性示意图;图4是一代表性实施例的示意图，它说明按照本专利技术所制造的渐变带隙二极管的结构;图5(a)至图5(c)以及图6是按本专利技术的例子制造的渐变带隙二极管各能带的解释性简图;图7是生产装置示意图，该设备作为制造本专利技术的渐变带隙晶体管或二极管所用设备的一个例子;图8是一种生产装置的示意图，作为用以制造本专利技术的渐变带隙晶体管或二极管设备的另一个例子。本专利技术人为了达到前面所述的目的进行了广泛的研究，结果、完成了基于下面所述研究成果的专利技术。即首先发现了这样的事实，一种含有诸如非晶材料或多晶材料的非单晶材料的半导体，不需要考虑它的组分之间的晶格常数匹配问题;另一方面，它的迁移率低，能有效地用来达到本专利技术的目的。另一发现是，此种半导体与晶体管结合，为该晶体管提供一基极区域具有斜坡状渐变的带隙结构(即渐变带隙晶体管)，就能获得对光谱能快速响应的改进的光敏晶体管。进一步发现，此种半导体与二极管结合，该二极管具有斜坡状渐变带隙结构(即渐变带隙二极管)，从而获得对光谱能快速响应的光敏二极管。更进一步发现，对于非单晶材料，能够制成诸如A-SiC、A-SiN等的半导体材料，其带隙比单晶Si或单晶GaAs的带隙宽，利用这样的半导体材料，能制成改进的渐变带隙晶体管或渐变带隙二极管，它们有很高的抗温度变化和抗高能粒子的能力。从而，本专利技术提供了一种改进的半导体器件，诸如改进的渐变带隙晶体管和改进的渐变带隙二极管，其特征在于包括一种具有硅原子的非单晶材料，一种调节带隙的原子以及一种降低集中在局部能级的原子，並具有一区域其中至少在一非结位置其带隙是连续渐变的，並且只有导带和价带之一是连续渐变的。这样，按照本专利技术，能使已知非单晶晶体管和非单晶二极管的频率特性以及光敏响应得到显著的改进。而且，按本专利技术改进的任何渐变带隙晶体管和渐变带隙二极管能有效地大量生产，与应用什么来制造已知的GaAs(Al)系列半导体无关。此外，按照本专利技术，能根据应用的目的制造一种所希望的渐变带隙晶体管或渐变带隙二极管，因为在带隙宽度和所用材料方面具有自由度。现将参照附图详细地说明本专利技术所说的改进的半导体器件。图1表示本专利技术的一种典型的渐变带隙晶体管，图中表示了基片101，集电极102，基极103以及发射极104，这些集电极102、基极103以及发射极104就以这样的次序配置在基片101上。並有重掺杂层105和另一重掺杂层106分别配置在集电极102和发射极104上，以便制成一欧姆结。电引线107、108和109分别与掺杂层105、基极103以及掺杂层106相连接。图2(a)至2(c)表示本专利技术的渐变带隙晶体管在热平衡状态下的能带结构。在图2(a)至2(c)中，数字203、204和205分别代表发射极、基极和集电极。数字201表示导带，数字202代表价带，数字206代表费米能级。基极204的带隙在发射极203一边较宽，在集电极一边较窄，这是所希望的。不仅在基极204和发射极203的交界面处，而且在基极204和集电极205的交界面处出现一个不连续的凹陷或尖峰时，在此情况下，就要在基极204和发射极203之间，並且在基极204和集电极205之间连续地分布一种组成元素。为了使本专利技术的渐变带隙晶体管能有效地呈现其功能，希望基极204中的最小带隙与最大带隙之差大于0.1ev，更可取的是大于0.2ev。此外，基极的厚度对于决定本专利技术渐变带隙晶体管的特性是个重要因素，虽说应当根据所用材料的种类来适当决定其厚度，但可取的范围是2μm或者更薄，比较可取的范围是1μm或者更薄，最可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，该器件由含有硅原子、一种调节带隙的原子和一种降低定域能级的原子的非单晶材料构成，该器件至少在非结位置的一个方位上还具有一个带隙连续渐变的区域，并且只有导带和价带之一是连续渐变的。

【技术特征摘要】
JP 1986-9-26 229246/86;JP 1986-9-26 229249/861.一种半导体器件，该器件由含有硅原子、一种调节带隙的原子和一种降低定域能级的原子的非单晶材料构成，该器件至少在非结位置的一个方位上还具有一个带隙连续渐变的区域，並且只有导带和价带之一是连续渐变的。2.根据权利要求1所说的半导体器件，其中所说的调节带隙的原子是一种扩展带隙的原子。3.根据权利要求2所说的半导体器件，其中所说的扩展带...

【专利技术属性】
技术研发人员：斋藤惠志，藤冈靖，
申请(专利权)人：佳能株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]