專利名稱：半導(dǎo)體器件,半導(dǎo)體層及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磷化硼(BP)層或一種磷化硼(BP)基混合晶體層，上述磷化硼(BP)層在室溫下具有一個(gè)2.8-3.4電子伏特(eV)的帶隙，而磷化硼(BP)基混合晶體層含有磷化硼，并用下面分子式表示BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)；和一種BP層或BP基混合晶體層的生產(chǎn)方法。
另一方面，磷化硼(BP)是一種III-V族化合物半導(dǎo)體(參見Nature，179，No.4569，P1075(1957))，并且對(duì)一個(gè)間接躍遷型半導(dǎo)體的帶隙曾報(bào)道幾個(gè)數(shù)值。例如，B.Stone等報(bào)道淀積在石英板上的多晶BP層室溫帶隙為約6eV，該帶隙是用光學(xué)吸收法測(cè)定的(參見Phys.Rev.Lett.，Vol.4，No.6，pp282-284(1960))。按照J(rèn).L.Peret的結(jié)果，BP的帶隙測(cè)得為6.0eV(參見J.Am.Ceramic soc.，47(1)pp44-46(1964))。另外，N.Sclar報(bào)道，根據(jù)離子半徑值和共價(jià)半徑值，在絕對(duì)零度(＝0K)下的帶隙為6.20eV(參見J.Appl.Phys.，33(10)，pp2999-3002(1962)。此外，Manca報(bào)道了4.2eV帶隙(參見J.Phys.Chem..Solids，20，pp268-273(1961))。
另一方面，R.J.Archer等報(bào)道立方晶系BP的室溫帶隙為2eV，該帶隙是從磷化鎳熔液生長(zhǎng)的單晶BP測(cè)定的(參見Phys.Rev.Lett.，12(19)，pp538-540(1964))，并且還報(bào)道一個(gè)帶隙為2.1eV，該帶隙是根據(jù)結(jié)合能值從理論計(jì)算確定的(參見J.Appl.Phys.，36 pp330-331(1965))。這樣，磷化硼(BP)的帶隙差別很大(參見J.Phys.Chem..Solids，29，pp1025-1032(1968))，然而，迄今為止對(duì)BP的帶隙普遍應(yīng)用約2eV的一個(gè)數(shù)值(參見(1)RCA Review，25，pp159-167(1964)；(2)Z.anorg.allg.Chem，349，pp151-157(1967)；(3)J.Appl.Phys.，36(1965)；(4)Handotai DebaisuGairon(半導(dǎo)體器件概論)，p28；以及(5)Isamu Akasaki，III-V Zoku Kagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)第一版，P150，Baifukan(1994.5.20))。
利用磷化硼(BP)和BP基混合晶體作為構(gòu)成一半導(dǎo)體發(fā)光器件的功能層，上述BP基混合晶體用下面分子式表示BxAlyGa1-x-yN1-zPz(其中0＜x＝1，0＝y(tǒng)＜1，0＜x+y＝1，0＜z＝1)。在常規(guī)技術(shù)中，例如利用一個(gè)包括BP的單層來構(gòu)成短波長(zhǎng)可見光發(fā)光二極管(LED)或激光二極管(LD)中的緩沖層(參見，JP-A-2-275682)(如此處所用的術(shù)語“JP-A”意思是指“日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)，第一次公布號(hào)”)。另外，已知一種情況是，一種pn結(jié)型異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光部分由一BP單層與一BxAlyGa1-x-yN1-zPz混合晶體單層的超晶格結(jié)構(gòu)制成(參見JP-A-10-242514)。此外，由帶有BxAlyGa1-x-yN1-zPz混合晶體單層的超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)成一包覆(阻擋)層的技術(shù)是已知的(參見JP-A-2-288371)。因?yàn)樵谑覝叵戮哂袔稙?eV的磷化硼(BP)不能對(duì)發(fā)光層產(chǎn)生阻擋層效應(yīng)，所以在上述常規(guī)情況下，利用一種含氮的混合晶體層，通過將BP和氮化鋁(AIN)等形成一種混合晶體，將室溫帶隙升高例如到2.7eV(參見JP-A-2-288371)。
另外，已知一種利用一BP單層制成異質(zhì)雙極晶體管(HBT)的情況(參見J.Electrochem.Soc.，125(4)，pp633-637(1978)。在這種常規(guī)HBT中，利用一種具有帶隙為2.0eV的BP單層，該BP單層用乙硼烷(B2H6)/膦(PH3)汽相生長(zhǎng)法生長(zhǎng)在具有一(100)面的硅(Si)晶體襯底上(參見J.Electrochem.Soc.，125(1978)。此外，公開了一種利用一具有帶隙為2.0eV的BP單層作為窗口層制造太陽(yáng)能電池的技術(shù)(參見J.Electrochem.Soc.，125(1978))。
如上所述，迄今為止半導(dǎo)體器件都是用具有帶隙為約2eV的磷化硼(BP)或含有具有這種帶隙的BP的混合晶體制造。在上述用具有室溫帶隙為1.1eV的Si作為基體材料所制造的太陽(yáng)能電池中，發(fā)現(xiàn)即使具有帶隙為2.0eV的BP層也能有效地用作窗口層，因?yàn)樗膸洞笥诨wSi的帶隙(參見J.Electrochem.Soc.，125(1978))。然而，另一方面，在用Si作為襯底形成BP層的常規(guī)技術(shù)中，曾報(bào)道帶隙取決于Si單晶作為襯底的平面方向，并且變窄(參見Tatau Nishinaga，Oyo Butsuri(應(yīng)用物理學(xué))，Vol.45，No.9，pp891-897(1976))。另外，曾報(bào)道與在具有(100)面的Si襯底上形成的BP層相比，在具有(111)面的Si襯底上形成的BP層具有一大的平面缺陷密度，并因此變得不透明(參見Oyo Butsuri(應(yīng)用物理學(xué))，pp895-896)。
而且，曾有報(bào)道說由于大量的平面缺陷，所以晶格常數(shù)變大，并且?guī)蹲兊酶?參見Oyo Butsuri(應(yīng)用物理學(xué))，p896)。慣常已知晶格常數(shù)和帶隙相互有關(guān)，并且正如眾所周知的，帶隙隨著晶格常數(shù)變小而增加(參見III-V Zoku Kagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，P31)。換句話說，按照慣常的研究，可以認(rèn)識(shí)到，形成具有帶隙小于約2.0eV的BP層，視形成BP層的條件而定，上述小于約2.0eV的帶隙普遍用作BP層的帶隙。這種小帶隙產(chǎn)生一個(gè)問題是，用磷化硼(BP)晶體層不能很容易地制造出具有高擊穿電壓的耐環(huán)境半導(dǎo)體器件。
例如，在一種室溫下具有450nm發(fā)光波長(zhǎng)的異質(zhì)結(jié)型藍(lán)色LED或LD中，利用具有室溫帶隙為2.8eV的發(fā)光層。為了達(dá)到對(duì)這個(gè)發(fā)光層的包覆作用，阻擋層必需由一具有室溫帶隙為至少約2.8eV的半導(dǎo)材料組成。因此，在制造常規(guī)的磷化硼(BP)基發(fā)光器件的異質(zhì)結(jié)發(fā)光部分時(shí)，有一個(gè)問題是包覆層不能由具有室溫帶隙為約2eV的磷化硼(BP)組成。為了克服這個(gè)問題，在常規(guī)技術(shù)中，如上所述形成一種含BP的混合晶體例如BxAlyGa1-x-yN1-zPz多元素混合晶體，并用其制造一個(gè)具有高帶隙的阻擋層(參見JP-A-2-288371)。然而，眾所周知，隨著構(gòu)成混合晶體的元素?cái)?shù)增加，需要一種高水平的技術(shù)例如來控制構(gòu)成元素的組成比，和此外，一種具有良好質(zhì)量的晶體層更難得到(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)，P24)。這樣，由層的形成看來，常規(guī)技術(shù)有一個(gè)問題是作為阻擋層的BP混合晶體層不能方便而簡(jiǎn)單地形成。
另外，例如，在一常規(guī)的npn型異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)中，采用具有帶隙為2.0eV的BP層作為n型發(fā)射極(參見J.Electrochem.Soc.，125(1978))。另一方面，對(duì)P型基極層，采用一P型Si層(參見J.Electrochem.Soc.，125(1978))。Si的帶隙為約1.1eV，因此BP發(fā)射極層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)與Si基極層之間的帶隙差只是0.9eV?？紤]到如果用一BP層制造發(fā)射極層，它與常規(guī)技術(shù)相比發(fā)射極層和基極層之間產(chǎn)生較大的帶隙差則可以更多地抑制基極電流從基極層漏泄到發(fā)射極層，并可以改善電流傳輸比(＝發(fā)射極電流/集電極電流)(參見Isamu Akasaki(編者)III-V ZokuKagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，pp239-242)；結(jié)果，可以生產(chǎn)具有極好特性的HBT。
閃鋅礦晶體型，更準(zhǔn)確地說是立方晶系閃鋅礦型磷化硼(BP)單晶的晶格常數(shù)是0.4538nm(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)，p28)。另一方面，具有晶格常數(shù)為0.4538nm的第III族元素氮化物半導(dǎo)體是已知的，如具有氮(N)組成比為0.97的立方晶系磷氮化鎵混合晶體(組成分子式GaN0.97P0.03)，和具有銦(In)組成比為0.10的氮化鎵銦(Ga0.90In0.10N)。因此，如果采用BP層和這種第III族元素氮化物半導(dǎo)體，則可以制成一種晶格匹配疊加層型的二維電子氣場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TEGFET)，該TEGFET用于得到高電子遷移率是有利的(參見K.Seeger，Semikondakuta no Butsurigaku，(Ge)(半導(dǎo)體物理學(xué)(最后卷))，第一次印刷，pp352-353，Yoshioka Shoten(1991.6.25))。例如TEGFET可以用上述直接躍遷型第III族元素氮化物半導(dǎo)體作為二維電子氣(TEG)溝道層和用間接躍遷型BP層作為間隔層或電子供給層制造。在利用BP層的第III族元素氮化物半導(dǎo)體中，如果一個(gè)與電子溝道層形成異質(zhì)結(jié)的間隔層或電子供給層由具有大于常規(guī)技術(shù)中帶隙的磷化硼(BP)組成，則可以使在與電子溝道層的異質(zhì)結(jié)界面處的阻擋層差別變大。這有利于在異質(zhì)結(jié)界面附近的電子溝道層區(qū)域中累積二維電子。結(jié)果，可以得到一種利用高電子遷移率的第III族元素氮化物半導(dǎo)體TEGFET。
如果一種具有大室溫帶隙的BP層可以用，則也可以使與其它半導(dǎo)體層的導(dǎo)帶不連續(xù)性更大。具有大的帶不連續(xù)性和大阻擋層差別的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)用于得到高電子遷移率是有效的，因?yàn)槎S電子可以有效地累積。在Hall器件情況下，該Hall器件是一種磁電變換器件，利用具有高電子遷移率的結(jié)構(gòu)來得到對(duì)磁性具有較高靈敏度的器件是有利的(參見Shoei Kataoka，Jiden Henkan Soshi(磁電變換器件)，第4次印刷，pp56-58，Nikkan KogyoShinbun(1971.2.1))。因此，實(shí)現(xiàn)一種含BP層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，上述BP層具有比常規(guī)技術(shù)中更大的帶隙被認(rèn)為也有助于制造能顯示高產(chǎn)品靈敏度的高靈敏度Hall器件(參見Jiden Henkan Soshi(磁電變換器件)，P56)。
另外，例如，在采用Si單晶襯底的Schottky阻擋層二極管情況下，如果可以形成一個(gè)具有室溫帶隙超過約2eV的BP層，則這可以有助于制造一種具有高擊穿電壓的Schottky阻擋層二極管?？紤]到當(dāng)帶隙變得更大時(shí)，半導(dǎo)體材料性質(zhì)中的本征載流子密度可能更多受到抑制(參見III-VZoku Kagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，pp172-174)，因此，這一BP層用于制造能在高溫下工作的耐環(huán)境器件是有利的。
正如這些常規(guī)情況中那樣，迄今為止半導(dǎo)體器件都是用具有帶隙為約2eV的BP層制造。如果可以形成具有更大帶隙的BP層，預(yù)計(jì)半導(dǎo)體器件在它的性能上可以改善和增強(qiáng)。在迄今為止的研究中，如上所述已知一種形成具有高帶隙約6eV的BP層情況(參見Phys.Rev.Lett.，4(6)(1960))。然而，這是一種多晶層，并且不一定適合于制造半導(dǎo)體器件的有效層或功能層。在具有這樣大帶隙的寬隙半導(dǎo)體中，通過摻雜質(zhì)控制傳導(dǎo)類型和控制載流子密度都很困難。一種適合于制造半導(dǎo)體器件中功能層的BP層，如TEGFET中間隔層或電子供給層或者HBT中發(fā)射極層，都是具有帶隙為約3eV的BP晶體層。
根據(jù)迄今為止對(duì)于化合物半導(dǎo)體帶隙的研究，已知當(dāng)使組成元素的平均原子序數(shù)變得越小，則帶隙往往變得越大(參見Kazuo Fueki等，OyoKagaku Shirizu 3，Denshi Zairyo no Kagaku(應(yīng)用化學(xué)叢書3，電子學(xué)材料化學(xué))，pp26-29，Maruzen(1981.7.20))。平均原子序數(shù)是構(gòu)成化合物半導(dǎo)體各元素原子序數(shù)算術(shù)平均值。

圖1示出室溫下的帶隙與各種III-V族化合物半導(dǎo)體平均原子序數(shù)之間的關(guān)系。例如，包括鎵(Ga)(原子序數(shù)＝31)和砷(As)(原子序數(shù)＝33)的砷化鎵(GaAs)(平均原子序數(shù)＝32)室溫帶隙為1.43eV(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)p28)。另一方面，具有平均原子序數(shù)小于GaAs的磷化鎵(GaP)(平均原子序數(shù)＝23)室溫帶隙大至2.26eV(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)p28)。這種關(guān)系應(yīng)用到II-VI族化合物半導(dǎo)體上，并認(rèn)識(shí)到，當(dāng)使組成原子的平均原子序數(shù)變得越小，帶隙往往會(huì)變得越大(參見K.Seeger，Semikondakuta no Butsurigaku(Jo)(半導(dǎo)體物理學(xué)(第一卷))，第一次印刷，P36，Yoshika Shoten(1991.6.10)。
據(jù)說，根據(jù)室溫帶隙與平均原子序數(shù)關(guān)系的這種趨勢(shì)，可以認(rèn)為III-V族化合物半導(dǎo)體的帶隙具有比較大的離子結(jié)合性質(zhì)。假定這種趨勢(shì)也可應(yīng)用于在各成分元素之間負(fù)電性具有較小差別并具有一種強(qiáng)共價(jià)結(jié)合性能的BP晶體，即BP單晶層的帶隙被認(rèn)為是約3eV。而且，根據(jù)Van Vechten所提出的“介電法”(參見(1)J.A.Van Vechten，Phys.Rev.Lett.，182(1969)，891；和(2)Isamu Akasaki(編者)，III Zoku ChikkabutsuHandotai(第III族元素氮化物半導(dǎo)體)第一版，pp19-21，Baifukan(1999.12.8))，計(jì)算出的BP單晶帶隙為2.98eV。在這種帶隙的理論計(jì)算中，碳(金剛石)(C)和硅(Si)單晶的晶格常數(shù)分別設(shè)定為0.3567nm和0.4531nm。C(金剛石)和Si的最小原子間距離分別設(shè)定為0.154nm和0.234nm(參見Kagaku Binran Kisohen(化學(xué)手冊(cè)，元素的)，第3次印刷，p1259，Maruzen(1970.8.20))。關(guān)于計(jì)算所必需的另一些值，采用所提出的值(參見III Zoku Chikkabutsu Handotai(第III族元素氮化物半導(dǎo)體)p20-21)。
目前，還沒有發(fā)現(xiàn)具有室溫帶隙為約3eV的磷化硼(BP)或含該BP的磷化硼(BP)基混合晶體，它們的單層用于制造上述半導(dǎo)體器件是有利的。這可歸因于事實(shí)上還不清楚用于形成具有極好結(jié)晶度的BP層的方法。更具體地說，還不清楚用于形成具有適合于制造半導(dǎo)體器件帶隙的BP基混合晶體層的方法。為了用一BP晶體層改善半導(dǎo)體器件的性能，必需建立用于形成具有帶隙為約3eV的BP晶體層的方法。然而，盡管BP晶體層的層形成迄止都是利用汽相生長(zhǎng)法或類似方式進(jìn)行的，但還沒有發(fā)現(xiàn)用于形成具有帶隙約為3eV的BP晶體層的方法。
更具體地說，本發(fā)明提供(1)一種具有一半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件，上述半導(dǎo)體層包括在室溫下具有不少于2.8eV和不多于3.4eV帶隙的磷化硼(BP)；(2)如(1)中所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有一個(gè)一種半導(dǎo)體層與另一種半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)，上述一種半導(dǎo)體層包括磷化硼(BP)，而另一種半導(dǎo)體層具有與包括BP的半導(dǎo)體層不同的帶隙；(3)如(2)中所述的半導(dǎo)體器件，其中包括磷化硼(BP)的半導(dǎo)體層和與包括BP的半導(dǎo)體層形成一異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體層是晶格匹配的；
(4)如(3)中所述的半導(dǎo)體器件，其中與包括磷化硼(BP)的半導(dǎo)體層形成一異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體層是GaN0.97P0.03；和(5)如(1)-(4)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，其中包括磷化硼(BP)的半導(dǎo)體層疊加在晶體襯底上。
本發(fā)明還提供(6)一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有一個(gè)半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層包括一種含有磷化硼(BP)的磷化硼(BP)基混合晶體，上述磷化硼具有一在室溫下不少于2.8eV和不多于3.4eV的帶隙，而磷化硼(BP)基混合晶體用下面分子式表示BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)；(7)如(6)中所述的半導(dǎo)體器件，其中磷化硼(BP)基混合晶體是磷化硼鋁混合晶體(BxAl1-xP0＜x＜1)，磷化硼鎵混合晶體(BxGa1-xP0＜x＜1)或磷化硼銦混合晶體(BxIn1-xP0＜x＜1)；(8)如(6)或(7)中所述的半導(dǎo)體器件，具有一種半導(dǎo)體層與另一種半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)，上述一種半導(dǎo)體層包括一個(gè)磷化硼(BP)基混合晶體，而另一種半導(dǎo)體層具有與包括BP基混合晶體的半導(dǎo)體層不同的帶隙；(9)如(8)中所述的半導(dǎo)體器件，其中包括磷化硼(BP)基混合晶體的半導(dǎo)體層和與包括BP基混合晶體的半導(dǎo)體層形成一異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體層二者是晶格匹配的；及(10)如(6)-(9)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，其中包括磷化硼(BP)基混合晶體的半導(dǎo)體層疊加在一晶體襯底上。
本發(fā)明還提供；(11)如(1)-(10)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有一Pn結(jié)結(jié)構(gòu)；(12)如(11)中所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是一種發(fā)光器件；(13)如(1)-(10)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是一種光電探測(cè)器件；
(14)如(1)-(10)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是一種晶體管；(15)如(14)中所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)；(16)如(14)中所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)；(17)如(1)-(10)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件是一種Hall器件；本發(fā)明還提供(18)一個(gè)半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層包括磷化硼(BP)，上述磷化硼(BP)在室溫下具有一不少于2.8eV和不多于3.4eV的帶隙；(19)如(18)中所述的半導(dǎo)體層，其中包括磷化硼(BP)的半導(dǎo)體層疊加在一晶體襯底上；(20)一種包括磷化硼(BP)基混合晶體的半導(dǎo)體層，上述磷化硼(BP)基混合晶體含有在室溫下具有一不少于2.8eV和不多于3.4eV帶隙的磷化硼(BP)，并且用下面分子式表示BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)；(21)如(20)所述的半導(dǎo)體層，其中磷化硼(BP)基混合晶體是磷化硼鋁混合晶體(BxAl1-xP0＜x＜1)，磷化硼鎵混合晶體(BxGa1-xP0＜x＜1)或磷化硼銦混合晶體(BxIn1-xP0＜x＜1)；以及(22)如(20)或(21)中所述的半導(dǎo)體層，其中包括磷化硼(BP)基混合晶體的半導(dǎo)體層疊加在一個(gè)晶體襯底上；本發(fā)明還提供(23)一種用于生長(zhǎng)如(18)或(20)中所述半導(dǎo)體層的方法，該方法包括用一種金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積法(MOCVD法)在下列條件下形成一個(gè)半導(dǎo)體層在高于750℃和不高于1200℃的溫度下，包括磷(P)的第V族元素源總供給量與包括硼(B)的第III族元素總供給量的比值不少于15和不多于60，及半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)速率不少于2nm/min和不多于30nm/min；及(24)如(23)中所述用于生長(zhǎng)一半導(dǎo)體層的方法，該方法包括用一種MOCVD方法，在不低于250℃和不高于750℃的溫度下，在一晶體襯底上形成一緩沖層，并在該緩沖層上生長(zhǎng)一半導(dǎo)體層，上述緩沖層由其主要部分是無定形的磷化硼或磷化硼基混合晶體組成。
本發(fā)明還提供(25)一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括一種晶體襯底和一種如(18)或(20)所述的半導(dǎo)體層，其中半導(dǎo)體層疊加在晶體襯底上；(26)一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括一個(gè)襯底，一個(gè)如(18)或(20)中所述的第一半導(dǎo)體層和一個(gè)具有與該第一半導(dǎo)體層帶隙不同的第二半導(dǎo)體層，其中第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層形成一個(gè)異質(zhì)結(jié)；(27)如(26)中所述的半導(dǎo)體器件，其中第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層是晶格匹配的；及(28)如(25)-(27)其中之一所述的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件具有一個(gè)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供；(29)用于生長(zhǎng)如(18)-(22)其中之一所述半導(dǎo)體層的方法，該方法包括用一汽相生長(zhǎng)方法生長(zhǎng)半導(dǎo)體層；(30)用于生長(zhǎng)如(29)所述半導(dǎo)體層的方法，其中半導(dǎo)體層是在高于750℃和不高于1200℃的溫度下生長(zhǎng)；(31)用于生長(zhǎng)如(29)或(30)所述半導(dǎo)體層的方法，其中汽相生長(zhǎng)方法是一種金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積法(MOCVD法)；及(32)用于生長(zhǎng)如(31)所述半導(dǎo)體層的方法，其中在半導(dǎo)體層生長(zhǎng)期間，包括磷(P)的第V族元素源總供給量與包括硼(B)的第III族元素源總供給量之比值不少于15和不多于60，及半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)速率是不少于2nm/min和不多于30nm/min。
本發(fā)明還提供(33)一種用于生長(zhǎng)一半導(dǎo)體層的方法，該方法包括用一MOCVD法在不低于250℃和不高于750℃的溫度下，在一晶體襯底上形成一個(gè)緩沖層和在該緩沖層上生長(zhǎng)一個(gè)半導(dǎo)體層，上述緩沖層由一種其主要部分是無定形的磷化硼(BP)或磷化硼(BP)基混合晶體組成，而上述半導(dǎo)體層由一種在室溫下具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼(BP)組成；(34)一種用于生長(zhǎng)一半導(dǎo)體層的方法，該方法包括用一MOCVD法在不低于250℃和不高于750℃的溫度下，在一晶體襯底上形成一個(gè)緩沖層和在該緩沖層上生長(zhǎng)一個(gè)半導(dǎo)體層，上述緩沖層由一種其主要部分是無定形的磷化硼(BP)或磷化硼(BP)基混合晶體組成，而上述半導(dǎo)體層由一種磷化硼(BP)基混合晶體組成，該磷化硼(BP)基混合晶體含有在室溫下具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼(BP)，并且用下面分子式表示BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)；(35)用于生長(zhǎng)如(34)所述半導(dǎo)體層的方法，其中磷化硼(BP)基混合晶體是磷化硼鋁混合晶體(BxAl1-xP0＜x＜1)，磷化硼鎵混合晶體(BxGa1-xP0＜x＜1)或磷化硼銦混合晶體(BxIn1-xP0＜x＜1)；(36)用于生長(zhǎng)如(33)-(35)其中之一所述半導(dǎo)體層的方法，其中半導(dǎo)體層是用一汽相生長(zhǎng)法在高于750℃和不高于1200℃溫度下生長(zhǎng)；及(37)用于生長(zhǎng)如(33)-(36)其中之一所述半導(dǎo)體層的方法，其中半導(dǎo)體層用MOCVD法生長(zhǎng)。
圖2是示出按照本發(fā)明所述的BP半導(dǎo)體層吸收系數(shù)與光子能量關(guān)系的曲線圖。
圖3是按照本發(fā)明所述BP半導(dǎo)體層的陰極射線發(fā)光(CL)光譜。
圖4是用按照本發(fā)明所述BP層制造的TEGFET示意剖視圖。
圖5是用按照本發(fā)明所述的BP半導(dǎo)體層制造的用于Hall器件的疊加層結(jié)構(gòu)示意剖視圖。
圖6是按照本發(fā)明例1所述pn結(jié)型LED示意剖視圖。
圖7是示出按照本發(fā)明例1所述的BP層折射指數(shù)和消光系數(shù)與波長(zhǎng)關(guān)系的曲線圖。
圖8是示出按照本發(fā)明例1所述的BP層介電常數(shù)虛數(shù)部分和光子能量之間關(guān)系的曲線圖。
圖9是按照本發(fā)明例2所述的pn結(jié)型二極管示意剖視圖。
圖10是示出按照本發(fā)明例2所述的pn結(jié)型二極管電流-電壓特性的曲線圖。
圖11是示出按照本發(fā)明例3所述npn結(jié)型HBT結(jié)構(gòu)的示意剖視圖。
圖12是按照本發(fā)明例3所述光電探測(cè)器件的示意剖視圖。
在襯底表面上的平面方向優(yōu)選的是用一低Miller指數(shù)平面如{100}，{110}，或{111}表示。一種其表面是一與低Miller指數(shù)平面成幾度到幾十度角傾斜的平面的硅單晶也可以用作襯底。在閃鋅礦的晶體如Si，GaP，和GaAs的{111}晶面上，構(gòu)成晶體的原子與{100}晶面相比是致密存在，并且這在防止構(gòu)成外延生長(zhǎng)層的原子擴(kuò)散到襯底中或侵入襯底內(nèi)部時(shí)是有效的。具有高M(jìn)iller指數(shù)平面如{311}或{511}的單晶在防止構(gòu)成生長(zhǎng)層的元素侵入單晶襯底的內(nèi)部如溝道也是有效的(參見R.G.Wilson和G.R.Brewer，應(yīng)用于離子注入的離子束，(John Wiley & Sons，Inc.，pp263-265(1973))；然而，上面外延生長(zhǎng)層的生長(zhǎng)方向因平面方面反射到襯底表面上而顯示較高的指數(shù)，并且這在某些情況下產(chǎn)生一個(gè)問題是例如使在切割成單個(gè)器件時(shí)變復(fù)雜。
按照本發(fā)明所述的具有一種包括磷化硼(BP)半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件，其特征在于磷化硼(BP)半導(dǎo)體層具有一在特定范圍內(nèi)的帶隙。按照本發(fā)明所述具有一種包括磷化硼(BP)基混合晶體的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件，其特征在于含BP的BP基混合晶體層具有一特定帶隙。BP基混合晶體層是一種含硼(B)和磷(P)作為組成元素的III-V族化合物半導(dǎo)體混合晶體。一些混合晶體的例子包括一種用下面分子式表示的混合晶體BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)。混合晶體的一些特殊例子包括磷化硼鋁(BxAl1-xP0＝x＝1)混合晶體，磷化硼鎵(BxGa1-xP0＝x＝1)，混合晶體或磷化硼銦(BxIn1-xP0＝x＝1)混合晶體?；旌暇w的另一些例子包括氮磷化硼(BPyN1-y0＜y＝1)，磷砷化硼(BPyAsr-10＜y＝1)和磷砷化硼鎵(BxGa1-xpyAs1-y0＜x＝1，0＜y＝1)。
磷化硼(BP)或磷化硼(BP)基混合晶體層的機(jī)電規(guī)范適當(dāng)?shù)匕凑掌骷O(shè)定。在一n溝道型TEGFET的電子供給層具有n型電子溝道層情況下，采用一種具有例如層厚為約10nm-約50nm和載流子濃度為約1×1018cm-3-約5×1018cm-3的n型BP層。在發(fā)光二極管(LED)中，能讓發(fā)出的光有效地穿透到外部的窗口層是與下面層如包覆層傳導(dǎo)形式一致的n-型或p-型，并且用具有良好電導(dǎo)率的BP層或BP基混合晶體層制成，上述電導(dǎo)率超過例如約1×1018cm-3。在激光二極管(LD)中，阻流層用一導(dǎo)電層制成，該導(dǎo)電層是有與下面層如具有高電阻的上面包覆層，或一種BP或BP基混合晶體層相反的傳導(dǎo)形式。磷化硼(BP)二元半導(dǎo)體是一種間接半導(dǎo)體(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)，P28)。另一方面，BP具有一小的離子結(jié)合性能，按Philips數(shù)據(jù)為0.006(參見Handotai Ketsugoron(半導(dǎo)體結(jié)合理論)，pp.49-51)。因此，摻雜劑的電激活比高，并且可以很容得到具有高載流子濃度和低電阻的BP晶體層。在本發(fā)明中，這種具有低電阻的BP層優(yōu)選的是例如用作LED中的電流擴(kuò)散層或者用作LD或FET中的歐姆接觸層，以便制造一種BP基半導(dǎo)體器件。在需要一個(gè)導(dǎo)電緩沖層的BP基半導(dǎo)體器件中，BP層適合用于構(gòu)成導(dǎo)電緩沖層。
按照本發(fā)明所述的BP晶體層和BP基混合晶體層用普遍已知的汽相生長(zhǎng)法生長(zhǎng)，如金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積(MOCVD)法(參見Inst.Phys.Conf.Ser.，No.129，IOP Publishing LtD，pp.157-162(1993))，分子束外延(MBE)法(參見J.Solid State Chem.，133，pp.269-272(1997))，鹵化物法，和氫化物法。金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積法是一種汽相生長(zhǎng)法，該方法用一種有機(jī)硼化合物為硼(B)源。在MOCVD法中，例如，磷化硼鎵(BxGa1-xP0＝x＝1)混合晶體用一種原料體系生長(zhǎng)，該原料體系包括三乙基硼烷((C2H5)3B)，三甲基鎵((CH3)3Ga)，三乙基鎵((C2H5)3Ga)，或一種有機(jī)磷化合物如膦(PH3)和三烴基磷化物。在用鹵化物法汽相生長(zhǎng)磷化硼(BP)晶體層時(shí)，可以用一種鹵化硼如三氯化硼(BCl3)作為硼(B)源，并可以用一種鹵化磷如三氯化磷(PCl3)作為磷(P)源(參見Nippon Kessho Seicho Gakkaishi(Journal of the JapaneseAssociation for Crystal Growth Society)，Vol.24，No.2，P.150(1997))。另外，已知一種用三氯化硼(BCl3)作為硼源的鹵化物法(參見J.Appl.Phys.，42(1)，pp.420-424(1971))。在氫化物法中，BP晶體層可以用例如一種氫化硼如硼烷(BH3)或乙硼烷(B2H6)作為硼(B)源和一種氫化磷如膦(PH3)作為磷源生長(zhǎng)(參見(1)J.Crystal Growth，24/25，pp.193-196(1974)；和(2)J.Crystal Growth，132，pp.611-613(1993))。
汽相生長(zhǎng)法有利的是，與例如常規(guī)的從鎳(Ni)-磷(P)熔液或銅(Cu)-磷(P)熔液生長(zhǎng)磷化硼(BP)晶體的所謂液相生長(zhǎng)法相比，可以很容易控制BP基混合晶體層的層厚和混合晶體組成比(參見J.Electrochem.SOC.，120(6)，pp.802-806(1973))。另外，汽相生長(zhǎng)法有利的是，可以很容易形成BP層或BP基混合物晶體層與另一個(gè)半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。尤其是，當(dāng)使用一種裝備有管道系統(tǒng)的MOCVD裝置。該管道系統(tǒng)能急劇改變送入生長(zhǎng)反應(yīng)爐中的氣體原料種類時(shí)，晶體層的組成可以突躍式改變。組成在異質(zhì)結(jié)界面處突躍式改變的所謂突躍異質(zhì)結(jié)界面結(jié)構(gòu)在累積低維電子中是有效的。因此，具有一BP層或BP基混合晶體層的突躍異質(zhì)結(jié)界面結(jié)構(gòu)，用MOCVD法形成，具有產(chǎn)生一種BP基半導(dǎo)體器件如TEGET的作用，上述BP基半導(dǎo)體器件具有極好的電子遷移率。
BP層或BP基混合晶體層生長(zhǎng)期間的溫度，通過考慮汽相生長(zhǎng)方法，作為襯底的晶體材料，和目標(biāo)BP層或BP基混合晶體層的晶體形式確定。為了得到單晶BP層，超過750℃的溫度一般是必需幾乎與汽相生長(zhǎng)裝置無關(guān)。為了用一三乙基硼烷((C2H5)3B)/膦(PH3)/氫(H2)反應(yīng)體系通過大氣壓(幾乎是大氣壓)或減壓MOCVD裝置得到單晶BP層，高于750℃和不高于1200℃的溫度是適合的(參見美國(guó)專利No.6,069,021)。換言之，襯底材料必需從耐熱性足夠高的晶體中選定，以便在這一高溫下不引起變性。在這個(gè)高溫區(qū)中具有耐熱性的襯底材料例子包括磷化硼(BP)單晶(參見(1)Z.anorg.Allg.Chem.，349(1967)；(2)Kristall und Technik，2(4)，pp.523-534(1967)；(3)Kristall und Technik，4(4)，pp.487-493(1969)；和(4)J.Electrochem.Soc.，120(1973))，藍(lán)寶石(α-Al2O3)，碳化硅(SiC)(參見J.Appl.Phys.，42(1)(1971))，和硅(硅單晶)。在超過1200℃的高溫下，容易形成一種多角晶系磷化硼，該多角晶系磷化硼用分子式B6P或B13P2表示(參見J.Am.Ceram.Soc.，pp.44-46(1964))，而這是在得到包括一磷化硼的單晶層時(shí)的缺點(diǎn)。例如，從單晶BP層或BP基混合晶體層，可以制成一TEGFET的電子供給層或者LED或LD的包覆層。由其生長(zhǎng)的BP層或混合物晶體層的晶體形式(結(jié)構(gòu))可以從根據(jù)一般X射線衍射分析(XRD)或電子束衍射所得到的衍射圖形確定。在單晶情況下，得到一些似光點(diǎn)的衍射點(diǎn)(參見J.Crystal Growth，70(1984)，pp.507-514)。
為了用同一反應(yīng)體系通過MOCVD裝置得到一種無定形或多晶BP晶體層，用一不低于250℃和不高于750℃的較低溫度是適合的(參見美國(guó)專利6,069,021)。在襯底上形成供磷基半導(dǎo)體器件用的疊加層結(jié)構(gòu)時(shí)，該疊加層結(jié)構(gòu)含與構(gòu)成襯底的晶體大都晶格失配的生長(zhǎng)層，其主要部分是無定形的BP層或BP基混合晶體層施加松馳晶格失配和提供具有極好結(jié)晶度的生長(zhǎng)層的影響。另外，主要部分是無定形的BP層或BP基混合晶體層有效地起防止從襯底表面除去生長(zhǎng)層的作用，從襯底表面除去生長(zhǎng)層主要是由于襯底材料和生長(zhǎng)層之間熱膨脹系數(shù)不同而造成的。因此，主要部分是無定形的BP層可以例如用作構(gòu)成磷基半導(dǎo)體器件的一個(gè)緩沖層。緩沖層也可以例如從一個(gè)疊加結(jié)構(gòu)形成，該疊加結(jié)構(gòu)通過將在較高溫度下生長(zhǎng)的磷化硼(BP)單晶層疊加在于較低溫度下生長(zhǎng)的無定形磷化硼層上得到(參見美國(guó)專利No.6,029,021)。另外在使用與BP晶格失配的襯底情況下，如果能插入無定形BP層，則可以很容易得到一種具有極好結(jié)晶度的BP單晶層。例如，在磷化硼基半導(dǎo)體發(fā)光器件情況下，包括一個(gè)疊層結(jié)構(gòu)的緩沖層有利之處在于可以形成一個(gè)提供高強(qiáng)度光發(fā)射的發(fā)光部分。而且，例如，在磷化硼基HBT情況下，疊層結(jié)構(gòu)的緩沖層有利之處在于可以在其上形成一個(gè)具有很少晶體缺陷的優(yōu)質(zhì)集電極層或輔助集電極層，如可影響晶格失配的錯(cuò)配位錯(cuò)。
與單晶襯底晶格匹配的生長(zhǎng)層也可以由BP基混合晶體層制成。例如，具有一硼組成比為0.02(磷化硼混合晶體比＝2％)的磷化硼鎵混合晶體(B0.02Ga0.98P)是具有晶格常數(shù)為0.54309nm的BP基混合晶體層(參見JP-A-11-26608)。因此，與硅單晶(晶格常數(shù)＝0.54309nm)晶格匹配的生長(zhǎng)層可以用B0.02Ga0.98P制造(參見JP-A-11-266006)。與Si單晶襯底晶格匹配的生長(zhǎng)層可以用具有BP混合晶體比為33％的磷化硼銦混合晶體(B0.33In0.67P)制成。與襯底晶格匹配的BP基混合晶體生長(zhǎng)層可以構(gòu)成例如一個(gè)優(yōu)質(zhì)緩沖層。另外，可以制成一個(gè)磁性傳感層，該磁性傳感層顯示出高的電子遷移率，該高電子遷移率適合于得到一種具有高產(chǎn)品靈敏度的Hall器件。而且，與襯底晶格匹配的BP基混合晶體生長(zhǎng)層也適合用于例如一種光電探測(cè)器件的透光層(窗口層)。
本發(fā)明的具有一包括磷化硼(BP)的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件，可以用一種在室溫下帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼(BP)半導(dǎo)體層制成。具有本發(fā)明的一包括磷化硼(BP)基混合晶體的半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體器件，用含有在室溫下具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的BP的BP基混合晶體半導(dǎo)體層制成。室溫為約20℃。更具體地說，BP基半導(dǎo)體器件用一種BP層或BP基混合晶體層制造，上述BP層或BP基混合晶體層具有一慣常未知的介質(zhì)帶隙，該介質(zhì)帶隙超過此前作為BP帶隙所建立的2eV，但不高于4.2eV-6.0eV，正如慣常所報(bào)道的。在室溫下具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼(BP)層可以通過規(guī)定它的生長(zhǎng)條件，尤其是通過將生長(zhǎng)速率和原料供給比二者設(shè)定到相應(yīng)規(guī)定的范圍形成。磷化硼(BP)層或BP基混合晶體層的生長(zhǎng)速率優(yōu)選的是不少于2nm/min和不多于30nm/min。如果生長(zhǎng)速率被設(shè)定為一個(gè)少于2nm/min的低速率，則磷(P)構(gòu)成元素或其一種化合物不能充分地防止從生長(zhǎng)層的表面解吸或蒸發(fā)，并且層的形成可能失敗。如果生長(zhǎng)速率設(shè)定到一個(gè)超過30nm/min的高速率，則所得到的帶隙值是不合乎需要地不穩(wěn)定。另外，如果生長(zhǎng)速率毫無原因地設(shè)定高速率，則一個(gè)多晶層往往會(huì)容易生長(zhǎng)，并且這在得到單晶層時(shí)是不利的。
除了生長(zhǎng)速率之外，原料的供給比優(yōu)選的是規(guī)定到不少于15和不多于60的范圍內(nèi)。在形成BP層情況下，原料的供給比是加到生長(zhǎng)反應(yīng)體系中的磷(P)源量與供給的硼(B)源量之比。在形成BP基混合晶體情況下，供給比是包括磷(P)的第V族元素源總供給量與包括硼(B)的第III族元素源總供給量之比。例如，在形成磷化硼銦(BxIn1-xP0＝x＝1)混合晶體的情況下，原料的供給比是加到生長(zhǎng)反應(yīng)體系中的磷(P)源量與所加的硼(B)源和銦(In)源總量之比，亦即所謂的V/III比。如果V/III比被設(shè)定小于15，則生長(zhǎng)層表面不合乎需要地?zé)o規(guī)則，而如果III/V比設(shè)定大大超過60，則很容易化學(xué)計(jì)算量地形成富磷(P)的生長(zhǎng)層。發(fā)現(xiàn)過量的磷(P)進(jìn)入晶格中被硼(B)占據(jù)的位置并起一個(gè)施主作用(參見KatsufusaShono，Cho LSI Jidai no Handotai Gijutsu 100 Shu[5]SemiconductorTechniques in VLSI Generation 100 Series [5])，Ohmusha(1974.5.1)，appendix of“Electronics”((1974.5)，vol.29，No.5，p.121)。一種BP或BP基混合晶體起初所屬的閃鋅礦型晶體具有一個(gè)簡(jiǎn)并價(jià)帶結(jié)構(gòu)，這里容易得到P-型半導(dǎo)體層(參見Toshiaki Ikoma和Hideaki Ikoma，KagobutsuHandotai no Kiso Bussei Nyumon(化合物半導(dǎo)體，元素的基本物理性質(zhì))，第一版，pp.14-17，Baifukan(1991.9.10))。不過，如果化學(xué)計(jì)算量組成轉(zhuǎn)移到富磷(P)側(cè)，則不利地阻止形成具有低電阻的P-型晶體層。
在評(píng)述常規(guī)汽相生長(zhǎng)法中BP層的形成條件時(shí)，對(duì)采用乙硼烷(B2H6)、膦(PH3)、氫(H2)體系的氫化物法，已報(bào)道生長(zhǎng)速率為約120/min-約700/min(參見Jpn.J.Appl.Phys.，13(3)(1974))。另一方面，在這種氫化物生長(zhǎng)法中，據(jù)說V/III比(＝PH3/B2H6)必需設(shè)定到約50或50以上用于進(jìn)行BP層生長(zhǎng)(參見Jpn.Appl.Phys.，13(1974))。尤其是為得到單晶BP層，據(jù)說V/III比必需增加到250(參見Jpn.J.Appl.Phys.13(1974))。在另一些用乙硼烷和膦作為原料形成BP層的例子中，生長(zhǎng)速率設(shè)定為最低40nm/min(katsufusa Shono，Gijutsu(Jo)(半導(dǎo)體技術(shù)(第1卷)第9次印刷，pp74-77，Tokyo University Shuppan Kai(1992.6.25))。而且，據(jù)說V/III比必需設(shè)定到100倍或100倍以上，以便得到顯示半導(dǎo)體性能的BP層(參見Handotai Gijutsu(Jo)(半導(dǎo)體技術(shù)學(xué)(第一卷)，pp.76-77)。因此，在采用乙硼烷(B2H6)、膦(PH3)、氫(H2)體系的常規(guī)氫化物法中，可以應(yīng)用如本發(fā)明中所述的低生長(zhǎng)速率；然而，V/III比不能同時(shí)設(shè)定到滿足本發(fā)明中所規(guī)定的范圍。
在用氯化物作原料的鹵素法中，即使V/III比設(shè)定到滿足本發(fā)明的范圍，也有一個(gè)問題，即在汽相生長(zhǎng)過程中，正在生長(zhǎng)的BP層或Si襯底本身被原料鹵化物分解時(shí)所產(chǎn)生的鹵化物腐蝕，并且可能幾乎得不到具有平表面的BP層。為了在滿足本發(fā)明所規(guī)定的生長(zhǎng)速率和V/III比二者的條件下生長(zhǎng)BP層或BP基混合晶體層，一種MOCVD法是合適的。尤其是，用一種三烷基硼烷化合物作為硼(B)源的MOCVD法可以合適地使用(參見Inst.Phys.Conf.Ser.，No.129)。按利用尤其是三烴基硼烷化合物中的三乙基硼烷((C2H5)3B)的MOCVD法，可以方便而簡(jiǎn)單地實(shí)施在低溫下形成一種BP層或BP基混合晶體層或是在高溫下形成單晶層。三甲基硼烷((CH3)3B)在常溫下象硼烷或乙硼烷一樣是氣體，并且它在溫度下形成一BP層或BP基混合晶體的適用性沒有三乙基硼烷那樣高。為了在低溫下形成一BP層或BP基晶體層，一種具有低沸點(diǎn)并且在常溫下是液體的有機(jī)硼化合物適合用作硼(B)源。
例如，在用三乙基硼烷/膦/氫的MOCVD反應(yīng)體系形成磷化硼(BP)單晶層期間，生長(zhǎng)溫度優(yōu)選的是850-1150℃，更優(yōu)選的是900-1100℃，而甚至更優(yōu)選的是950-1050℃。例如，如果在950℃下將V/III比設(shè)定為30，則可以穩(wěn)定地得到具有帶隙為約2.9eV的磷化硼(BP)單晶層。帶隙(＝Eg)可以例如通過一般光致發(fā)光(PL)法或陰極發(fā)光(CL)法或從吸收系數(shù)與光子能量之間的關(guān)系確定(參見Seeger，Semikondakuta no Butsurigaku(Ge)(半導(dǎo)體物理學(xué)(最后一卷))，pp.390-400)。圖2示出在上述條件下，在具有(111)面的P型硅單晶襯底上通過加硼(B)所形成的未摻雜BP層的吸收系數(shù)與光子能量的關(guān)系。從吸收系數(shù)(αcm-1)和光子能量(hv；eV)之間的關(guān)系，所確定的室溫下帶隙為約3.1eV。順便說說，在BP晶體情況下，已知帶隙相對(duì)于溫度的改變速率(溫度系數(shù))在每單位絕對(duì)溫度下為-4.5×10-4eV(參見Z.anorg.Allg.Chem.，349(1967))。在這個(gè)溫度系數(shù)中的負(fù)號(hào)意思是指隨著溫度降低，帶隙增加。因此，BP層的帶隙例如在液氮溫度(＝77K)下為約3.2eV。通過將生長(zhǎng)速率和V/III比設(shè)定到本發(fā)明所規(guī)定的相應(yīng)范圍，可以得到本發(fā)明的BP層。
圖3示出用與上述相同的MOCVD反應(yīng)體系通過設(shè)定溫度為950℃，生長(zhǎng)速率為10nm/min，和V/III比為60所生長(zhǎng)的摻鎂(Mg)P型磷化硼(BP)層的CL光譜。該光譜是在30K下測(cè)得的。因?yàn)榱谆?BP)是一種間接半導(dǎo)體，所以CL光譜適當(dāng)?shù)卦?7K或更低溫度下得到。作為一個(gè)樣品的P型BP層載流子濃度為約8×1018cm-3。層厚為約2.2μm。按照采用一般峰值間距法分析，圖3中所示的CL光譜分量是具有峰值波長(zhǎng)約為378.5nm的光譜(圖3中用“SP1”示出)，和具有峰值約為569.6nm的光譜(用“SP2”示出)?！癝P2”似乎是一種可歸因于“深”雜質(zhì)水平的光譜?！癝P2”所示的光譜其特征在于認(rèn)識(shí)到發(fā)光強(qiáng)度隨著時(shí)間減少。另一方面，“SP1”被認(rèn)為是一個(gè)譜帶邊緣吸收的光譜，并且從其峰值波長(zhǎng)(378.5nm)，計(jì)算出帶隙為約3.2eV。
通過把采用三乙基硼烷((C2H5)3B)、膦(PH3)、氫(H2)體系用MOCVD法生長(zhǎng)未摻雜BP層的情況作為一個(gè)例子，無定形層一般具有較大的帶隙。尤其是，其中具有一種畸變的BP無定形層的室溫帶隙有時(shí)變得大到約為3.0-3.4eV，上述畸變可歸因于與下層晶格失配。通過增加生長(zhǎng)速率生長(zhǎng)的BP多晶層的帶隙一般往往是很小。尤其是，一個(gè)具有超過約2-3μm較大厚度的厚層帶隙有時(shí)例如在室溫下降至約2.8-3.0eV。在分別是上述優(yōu)選范圍內(nèi)的生長(zhǎng)速率和V/III比的條件下生長(zhǎng)的單晶BP層，可以具有一個(gè)在無定形層和多晶層之間的中間帶隙。
當(dāng)使用具有按照本發(fā)明所規(guī)定帶隙的磷化硼(BP)時(shí)，可以形成一種BP基混合晶體，該BP基混合晶體具有一通常未知的帶隙，用下面分子式表示BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)。例如，當(dāng)使用按照本發(fā)明所述具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼(BP)時(shí)，可以形成在室溫下具有一帶隙多于約1.5eV-少于約3.4eV的磷砷化硼混合晶體(BPδAsε0＜δ＜1，0＜ε＜1，δ+ε＝1)。如果使用具有帶隙為約2.0eV的常用BP晶體，則只可以形成一種BPδAsε混合晶體(0＜δ＜1，0＜ε＜1，δ+ε＝1)，該混合晶體具有一個(gè)在很窄范圍內(nèi)的帶隙，該范圍是從如砷化硼(BAs)的帶隙約1.5eV(參見III-V Zoku Kagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，supra，p.150)-如磷化硼(BP)的帶隙約2.0eV。
另外，例如，當(dāng)使用按照本發(fā)明所述的具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼(BP)時(shí)，可以形成一種在室溫下具有帶隙高于2.3eV和低于3.4eV的磷化硼鎵混合晶體(BxGa1-xP0＜x＜1)。在室溫下磷化鎵(GaP)的帶隙為2.3eV(參見Handotai Debaisu(半導(dǎo)體器件概論)，p.28)，因此，當(dāng)BP混合晶體比因形成具有BP的混合晶體而增加時(shí)，亦即當(dāng)硼組成比(＝x)增加時(shí)，可以形成具有帶隙為2.3eV或2.3eV以上的BxGa1-xP(0＜x＜1)混合晶體。順便說說，如果用一種具有帶隙為約2.0eV的常用BP形成BxGa1-xP(0＜x＜1)混合晶體，則只可以形成一種具有帶隙在約2.0eV-2.3eV很窄范圍內(nèi)的BxGa1-xP(0＜x＜1)混合晶體。從不含砷(As)作為組成元素的BP基混合晶體，如BxGa1-xP(0＜x＜1)混合晶體，可以有利地制成一種防止造成環(huán)境污染的磷化硼半導(dǎo)體器件。
如在上述情況中，由BP晶體組成的BP基混合晶體具有在常用BP基混合晶體中見不到的在很寬范圍的高帶隙，上述BP晶體具有本發(fā)明的不少于2.8eV和不多于3.4eV的帶隙。由于這個(gè)原因，BP基混合晶體例如在制造發(fā)光層用的阻擋層時(shí)特別有用，上述發(fā)光層準(zhǔn)備發(fā)射短波長(zhǎng)光，例如，用于一發(fā)光層的包覆層可以用具有硼組成比(＝X)為0.90的B0.90Al0.10P混合晶體制成，上述包覆層由一立方晶系氮化銦鎵混合晶體(Ga0.75In0.25N)組成。磷化硼(BP)或BP基混合晶體是一種閃鋅礦型晶體，并且由于它的化合價(jià)帶結(jié)構(gòu)(參見Kagobutsu Handotai no Kiso Bussei Nyumon(化合物半導(dǎo)體，元素的基本物理性質(zhì)))，可以很容易得到一種P型層。因此，例如，不象六角晶系氮化鎵(h-GaN)，可以很容易形成具有低電阻的P型包覆層。立方晶系Ga0.75In0.25N發(fā)光層發(fā)出種具有光發(fā)射波長(zhǎng)為443nm的淡紫色近紫外光，并因此可以由一個(gè)異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有利地制成一種pn結(jié)型的發(fā)光部分，該發(fā)光部分具有單或雙異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生藍(lán)帶光發(fā)射，上述異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)包括B0.90Al0.10P混合晶體和Ga0.75In0.25N混合晶體。B0.90Al0.10P混合晶體和Ga0.75In0.25N具有相同的晶格常數(shù)(＝0.4628nm)(立方晶系氮化銦(InN)的晶格常數(shù)計(jì)算為0.498nm；參見III-V ZokuKagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，p.330)。換句話說，因?yàn)榕c發(fā)光層晶格匹配的包覆層可以用本發(fā)明的BP基混合晶體制成，所以晶格匹配系統(tǒng)的發(fā)光部分可以制成。相互晶格匹配的晶體層可以是具有很少缺陷的高質(zhì)量晶體層，這些缺陷可歸因于晶格失配。因此，從晶格匹配系統(tǒng)的發(fā)光部分發(fā)出高強(qiáng)度的光，并且這可有助于制造一種高發(fā)光磷化硼基發(fā)光半導(dǎo)體器件。如此處所用的相互晶格匹配的晶體層意思是指成一種關(guān)系的晶體層，即晶格匹配度為±4％或更小。
另外，利用本發(fā)明的磷化硼(BP)或BP基混合晶體層來制成適合于制造LED或LD的晶格匹配系統(tǒng)發(fā)光部分是有利的。例如，一種晶格匹配系統(tǒng)的pn結(jié)型發(fā)光部分可以用一種包覆層和一種發(fā)光層制造，上述包覆層包括n型或p型磷化硼(BP)(BP晶格常數(shù)＝0.4538nm)，而發(fā)光層包括具有磷(P)組成比為0.03的氮磷化鎵(GaN0.97P0.03晶格常數(shù)＝0.4538nm)。另外，一種晶格匹配系統(tǒng)的發(fā)光部分可以很容易用一個(gè)發(fā)光層，和一個(gè)包覆層制造制造，上述發(fā)光層包括具有磷組成比為0.10的立方晶系GaN0.90P0.10，而包覆層包括具有鎵(Ga)組成比為0.07立方晶系磷化硼鎵(B0.93Ga0.07P)。同樣，一種晶格匹配系統(tǒng)的發(fā)光部分還可以用氮砷化鎵(GaN1-xAsx0＝x＝1)作為發(fā)光層制造。然而，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，由氮化鎵(GaN)所產(chǎn)生的能量是(-)26.2kcal/mol，而砷化鎵產(chǎn)生的能量更大，為(-)19.2kcal/mol(參見JP-A-10-53487)。另一方面，由GaP所產(chǎn)生的能量為(-)29.2kcal/mol，并小于GaN產(chǎn)生的能量(參見JP-A-10-53487)。因此，GaN1-xP混合晶體可以比GaN1-xAsx混合晶體更容易形成，并且這是有利的。一種用于GaN1-xPx發(fā)光層的包覆層用一種在室溫下具有較大帶隙的BP層或BP基混合晶體層制造。一種能夠令人滿意地對(duì)發(fā)光層起阻擋作用的包覆層可以用具有帶隙大出約0.1eV或更多，最優(yōu)選的是大出約0.3eV或更多的BP層或BP基混合晶體層制成。
按照本發(fā)明所述的磷化硼(BP)或BP基混合晶體具有一個(gè)大的帶隙，該帶隙能透過如上所述的短波長(zhǎng)可見光。因此，例如，從具有硼組成比(＝x)調(diào)節(jié)到產(chǎn)生一個(gè)2.7eV或更大帶隙的BxGa1-xP(當(dāng)使用具有室溫帶隙為3.0eV的BP晶體時(shí)，0.4＝X＜1)，可以合適地制成一個(gè)LED透過發(fā)射光的(窗口)層，該LED具有長(zhǎng)于約459nm的光發(fā)射波長(zhǎng)。具有帶隙大于2.8eV至小于3.4eV的磷化硼銦混合晶體(BxIn1-xP)可以用于制造一種能透射具有波長(zhǎng)長(zhǎng)于443nm發(fā)射光的LED或者表面發(fā)射型LD的窗口層(參見Iga and Koyama，Menhakko Reza(表面發(fā)射激光器)，第一版，第一次印刷，pp.4-5，Ohmusha(1990.9.25))，并且也可用于制造一種用于LED或表面發(fā)射激光器的反射鏡(參見Menhakko Reza(表面發(fā)射激光器)pp.118-119)。
供在光電探測(cè)器件中使用的光電探測(cè)部分可以用一種疊加層結(jié)構(gòu)制成，該疊加層結(jié)構(gòu)包括一種可以更容易生產(chǎn)的GaN1-xPx混合晶體，和本發(fā)明的BP層或BP基混合晶體層。例如，一種磷化硼(BP)層或BP基混合晶體層與一半導(dǎo)體層的結(jié)結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成供在光電探測(cè)器件中用的光電探測(cè)部分，上述半導(dǎo)體層具有與BP層或BP基混合晶體層的晶格失配度為±0.4％或更小，而光電探測(cè)器件具有一大的信號(hào)/噪聲強(qiáng)度比，所謂的S/N比，和極好的光電探測(cè)靈敏度。尤其是，當(dāng)使用一種光電探測(cè)部分包括一種磷化硼(BP)層和與其晶格匹配的半導(dǎo)體體層例如，上述的GaN1-xPx層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)時(shí)，可以制造一種供在高靈敏度光電探測(cè)器件中使用的光電探測(cè)部分，該光電探測(cè)部分具有低的暗電流和極好的光電探測(cè)靈敏度。另外，本發(fā)明的BP層或BP基混合晶體層作為一種能有效地將待測(cè)光引入光電探測(cè)層中的透光層是有用的。尤其是，具有通常未知的具有比較高超過2.8eV帶隙的BP層或BP基混合晶體層可以效地透過甚至在短波長(zhǎng)處的可見光如藍(lán)光，并因此可有效地用作例如光電探測(cè)器件的窗口層，在這里短波長(zhǎng)處的可見光是待測(cè)對(duì)象。
包括一個(gè)磷化硼(BP)層或BP基混合晶體層和一個(gè)與其晶格匹配的半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)有利之處在于，一個(gè)載流子例如一個(gè)電子可以在高速下傳輸。例如，BP層或BP基混合晶體層與一GaN1-xPx混合晶體的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)適合于制造一個(gè)必需高速輸送電子的TEGFET功能層。在這種情況下，直接躍遷型GaN1-xPx混合晶體層可以利用高電子遷移率，并因此尤其適合于制造TEGFET的電子溝道層。另外，從BP層或BP基混合晶體層，可以制成一種電子供給層，該電子供給層與電子溝道層形成異質(zhì)結(jié)，并且起到將電子送到電子溝道層的內(nèi)部的作用。而且，從本發(fā)明的BP層或BP基混合晶體層，還可以制成一個(gè)間隔層，該間隔層可以設(shè)置在電子供給層和電子溝道層之間。電子供給層或間隔層適當(dāng)?shù)赜靡环N半導(dǎo)體層制造，該半導(dǎo)體層用分子式BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)表示，同時(shí)具有一個(gè)帶隙，該帶隙比電子溝道層構(gòu)成材料的帶隙大0.2eV或更多，優(yōu)選的是大約0.3eV或更多。尤其是，由于上述原因，與砷化合物相比，GaN1-xPx混合晶體層容易形成。
當(dāng)利用GaN1-xPx混合晶體的磷(P)組成比彎曲(bowing)帶隙時(shí)(參見Appl.Phys.Lett.，60(20)，pp.2540-2542(1992))，可以通過將磷(P)的組成在直線躍遷區(qū)域內(nèi)改變約百分之幾使帶隙變化。例如，如果將磷(P)組成比設(shè)定到5％，則帶隙可以從3.2eV減少到約2.8eV。如果將磷(P)的組成比設(shè)定到10％，則帶隙可以減少到約2.0eV。也就是說，GaN1-xPx混合晶體有利之處在于，用它可以很容易制成一種電子溝道層，該溝道層可顯示與磷(P)組成比一致的與間隔層或電子供給層在上述帶隙上的適當(dāng)差別，上述間隔層或電子供給層包括BP層或BP基混合晶體層。
如在圖4中示意示出的，供在TEGFET40中使用的疊加層結(jié)構(gòu)41通過按順序例如將下列各層疊加在一個(gè)襯底401上，該襯底401包括具有(0001)(C面)的面方向藍(lán)寶石(1)一個(gè)低溫緩沖層402，該緩沖層402由例如未摻雜的高阻磷化硼鋁(BxAl1-xP0＜x＜1)組成，該磷化硼鋁具有層厚(＝d)為約10nm，同時(shí)主要部分是無定形的，它具有帶隙在不少于2.8eV-不多于3.4eV范圍內(nèi)，優(yōu)選的是3eV或更多；(2)一個(gè)高溫緩沖層403，該緩沖層403由例如未摻雜的n型BP組成，該n型BP具有載流子濃度(＝n)為少于約5×1015cm-3和d＝300nm，它在比低溫緩沖層402更高的溫度下形成并且優(yōu)選地具有一帶隙為3eV或更多；(3)一個(gè)電子溝道層404，該溝道層404由例如立方晶系未摻雜的n型GaN0.97P0.03組成(例如，n＝5×1016cm-3，d＝25nm)，它與構(gòu)成高溫緩沖層402的BP晶格匹配并具有較低的帶隙；(4)一個(gè)間隔層405，該間隔層405由例如未摻雜的n型BP組成，未摻雜n型BP具有一載流子濃度(＝n)為少于約5×1015cm-3和d＝5nm，它具有一帶隙高于電子溝道層404的帶隙而優(yōu)選的具有3eV或更高帶隙；(5)一個(gè)電子供給層406，該電子供給層406由例如摻硅(Si)的n型BP組成，該摻硅(Si)的n型BP具有一載流子濃度(＝n)為約2×1018cm-3和d＝25nm，它優(yōu)選的是具有帶隙為3eV或更多；和(6)一個(gè)歐姆電極接觸層407，該歐姆電極接觸層407由例如摻硅(Si)的n型BP組成，該摻硅(Si)的n型BP具有一載流子濃度(＝n)為約5×1018cm-3和d＝15nm，它優(yōu)選的具有一帶隙低于電子供給層406的帶隙。
隨后，將一部分接觸層407開槽，并在開槽部分中設(shè)置一個(gè)Schottky結(jié)型柵電極408。在開槽部分411兩邊留下的接觸層407表面上，形成一個(gè)歐姆源電極409和一個(gè)漏極電極410以便制成一個(gè)TEGFET40。
例如，可以用一個(gè)疊加在磷化硼(BP)或BP基混合晶體層上的GaN1-xPx混合晶體層作為一Hall器件的磁感應(yīng)部分。尤其是，可以用例如一個(gè)GaN1-xPx混合晶體層作為一Hall器件的磁傳感層，上述GaN1-xPx不是間接躍遷型而是直接躍遷型。視磷的組成比而定，GaN1-xPx混合晶體層可以具有比下述每個(gè)都構(gòu)成常規(guī)Hall器件磁傳感層(參見Appl.Phys.Lett.，60(1992))的III-V族化合物其中任一個(gè)都大的帶隙，銻化銦(InSb，帶隙＝0.18eV)，砷化銦(InAs，帶隙＝0.36eV)和砷化鎵(GaAs，帶隙＝1.43eV)(相對(duì)于室溫下的帶隙值；參見III-V Zoku kagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，p.150)。具有大帶隙的半導(dǎo)體材料有利于制造能在高溫下工作的Hall器件，因?yàn)榈竭_(dá)電導(dǎo)率本征區(qū)的溫度較高(參見Semikondakuta no Butsurigaku(Jo)(半導(dǎo)體物理學(xué))(第一卷)，pp.5-10)。例如，一種能具有比GaN1-xPx混合晶體層帶隙更高的GaN1-xPx混合晶體可以構(gòu)成一種能使器件在高溫下工作的磁傳感層。因此，包括一個(gè)GaN1-xPx混合晶體層和一個(gè)BP層或BP基混合晶體層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是有利的，因?yàn)榭梢灾瞥赡苌踔猎诟邷叵缕鹱饔玫哪铜h(huán)境的Hall器件。尤其是，與BP層或BP基混合晶體層晶格匹配的直接遷躍型n型GaN1-xPx混合晶體可以利用一更多改善的電子遷移率，并因此可以有助于生產(chǎn)一種具有高靈敏度并能在高溫下起作用的耐環(huán)境Hall器件。
按照本發(fā)明所述的Hall器件可以用一個(gè)襯底和一個(gè)疊加層結(jié)構(gòu)制成，該疊加層結(jié)構(gòu)包括例如一個(gè)緩沖層和一個(gè)磁傳感層。圖5是示出一個(gè)供在按照本發(fā)明所述耐環(huán)境Hall器件中使用的疊加層結(jié)構(gòu)例子的剖視圖。對(duì)襯底501，使用一種單晶如硅，藍(lán)寶石或碳化硅(SiC)。設(shè)置在單晶半導(dǎo)體501上的第一緩沖層502用例如在低溫下生長(zhǎng)的無定形n型BP層制成。第二緩沖503用例如在高于第一緩沖層502的溫度下生長(zhǎng)的摻硅(Si)n型BP單晶層制成。磁傳感層504由例如由氮化鎵(GaN)(六角晶系h-GaN熔點(diǎn)＞1700℃(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)p.28)或氮磷化鎵(GaN1-xPx0＜x＜1)組成，上述氮化鎵具有類似于磷化硼(BP)的高熔點(diǎn)(熔點(diǎn)＝3000℃(參見Handotai Debaisu Gairon(半導(dǎo)體器件概論)p.28)。磁傳感層504適合由一與下層(在圖5的疊加層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的第二緩沖層503)很少晶格失配或甚至晶格匹配的一種材料組成。晶格失配的絕對(duì)值(Δ單位是％)可以用下層的晶格常數(shù)(＝a0)和淀積層的晶格常數(shù)(＝a)按照下式計(jì)算Δ(％)＝|(a-a0)/a0|×100在立方晶系GaN(a＝0.4510nm)和BP單晶(a0＝0.4538nm)之間的晶格失配僅為0.6％，并且立方晶系GaN是一種適合構(gòu)成磁傳感層的材料。緩沖層(圖5的第一層502)在主要部分在處于本說明書例子中所述的生長(zhǎng)態(tài)時(shí)是無定形，具有松馳失配的作用并有助于進(jìn)一步改善上層的結(jié)晶度。
具有氮組成比為0.03的GaNP晶格常數(shù)是0.4538nm，并且這是與BP單晶的晶格常數(shù)一致。由這種晶格匹配材料組成的磁傳感層產(chǎn)生一個(gè)高質(zhì)量的晶體層，該晶體層在晶體缺陷如可對(duì)晶格失配產(chǎn)生影響的錯(cuò)配位錯(cuò)的密度方面降低。因此，可以利用較高的電子遷移率，和同樣可以提供一種具有極好耐熱性的高靈敏度Hall器件。在具有(100)面向的摻磷(P)n型Si單晶襯底501的表面上，例如利用三乙基硼烷((C2H5)3B)、膦(PH3)、氨(NH3)、氫(H2)體系通過常壓MOCVD法按順序疊加下列生長(zhǎng)層(1)一個(gè)第一緩沖層502，它包括一種未摻雜的n型BP層，該n型BP層具有層厚(＝d)為約7nm和在室溫下帶隙為約3.1eV；(2)一個(gè)第二緩沖層503(d＝0.7μm)，它包括一種n型BP層，該n型BP層具有一載流子濃度(＝n)為約6×1015cm-3和在室溫下帶隙為約3.0eV；(3)一個(gè)磁傳感層504，它包括一種立方晶系n型GaN0.97P0.03，該n型GaN0.97P0.03具有d＝0.1μm，n＝2×1016cm-3，和在室溫下電子近移率為約850cm2/V·s。
隨后，通過用甲烷(CH4)、氬(Ar)、氫(H2)體系等離子蝕刻法使磁傳感層504經(jīng)受一臺(tái)面形成過程。在磁傳感層504的四個(gè)邊緣部分處，設(shè)置一個(gè)歐姆電極，上述四個(gè)邊緣部分具有一十字形作為磁傳感部分(Hall交叉部分)，而歐姆電極包括例如金(Au)或一種Au合金。由這種制造方法，提供一種耐環(huán)境的高靈敏度Hall器件，該器件在室溫下具有產(chǎn)品靈敏度為約1.5mV/mA·T。
按照本發(fā)明所述的磷化硼(BP)具有一大的帶隙，超過了常規(guī)技術(shù)的帶隙，并因此，具有通常未知大帶隙的BP基混合晶體可以用本發(fā)明的BP制造。因此，可以擴(kuò)大用具有不同帶隙的另一些半導(dǎo)體層制造異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的自由度，并可利用各種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。例如，一種具有小帶隙(帶隙2eV)的常規(guī)BP不能制成可對(duì)與BP晶格匹配的GaN0.97P0.03(帶隙3eV)起阻擋層作用的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。另一方面，由按照本發(fā)明所述的BP，尤其是具有帶隙超過3eV的BP?？梢孕纬梢粋€(gè)用于GaN0.97P0.03的阻擋層，并因此可以制成能起一載流子“限制”作用的晶格匹配異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。如上所述，這種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)在得到一種耐環(huán)境的異質(zhì)結(jié)器件如TEGFET和Hall器件時(shí)是有效的。在一TEGFET中，當(dāng)用具有按照本發(fā)明所述的大帶隙的BP或BP基混合晶體作為緩沖層時(shí)，尤其可以防止柵電流的漏泄，并因此可以生產(chǎn)一種具有極好跨導(dǎo)(gm)的TEGFET。在一Hall器件中，當(dāng)緩沖層由具有本發(fā)明中規(guī)定的大帶隙的BP或BP基混合晶體組成時(shí)，可以防止工作電流的漏泄，并且這提供了一種提供具有高產(chǎn)品靈敏度的Hall器件的作用。
由本發(fā)明所規(guī)定的BP或BP基混合晶體組成的半導(dǎo)體層可以利用比常規(guī)技術(shù)中大的帶隙，因此用各種半導(dǎo)體層或以形成一種具有通常未知大帶偏移的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。利用由本發(fā)明規(guī)定的BP或BP基混合晶體組成的半導(dǎo)體層的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)是一種具有如上所述大的帶不連續(xù)性的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，并因此可以有利地用作尤其是一個(gè)阻擋層。實(shí)例例1在例1中，參照利用本發(fā)明BP半導(dǎo)體層的第III族元素氮化物半導(dǎo)體LED詳細(xì)說明本發(fā)明。圖6示意出例1pn結(jié)型LED60的剖視結(jié)構(gòu)。
供在LED60中使用的疊加層結(jié)構(gòu)61是利用具有(111)面的摻硼(B)P型Si單晶作為襯底601制造。襯底601上的低溫緩沖層602由其主要部分在生長(zhǎng)狀態(tài)時(shí)是無定形的磷化硼(BP)組成。低溫緩沖層602是利用三乙基硼烷((C2H5)3B)、膦(PH3)、氫(H2)體系通過常壓MOCVD法于350℃下生長(zhǎng)。低溫緩沖層602的層厚為約12nm。
采用上述MOCVD汽相生長(zhǎng)法，將一種摻鎂的P型BP層作為下面的包覆層603于950℃下疊加在低溫緩沖層602的表面上。所用的摻鎂源是雙環(huán)戊二烯基鎂(bis-(C5H5)2Mg)。下面包覆層603的載流子濃度為約7×1018cm-3和層厚為約0.8μm。
圖7示出在室溫下構(gòu)成下面包覆層603的BP層折射指數(shù)和消光系數(shù)與波長(zhǎng)的關(guān)系。消光系數(shù)(＝k)在較短波長(zhǎng)側(cè)到大于約450nm范圍內(nèi)往往會(huì)急劇增加，而折射指數(shù)(＝n)在較短波長(zhǎng)側(cè)甚至增加更大。例如，在450nm波長(zhǎng)處折射指數(shù)和消光系數(shù)分別為約3.12和約0.0029，而在380nm波長(zhǎng)處，在k＝0.1120情況下α＝3.28。圖8示出根據(jù)n和k值(參見III-V ZokuKagobutsu Handotai(III-V族化合物半導(dǎo)體)，pp.167-171)和根據(jù)光子能量確定的復(fù)數(shù)介電常數(shù)(ε2＝2·n·k)虛數(shù)部分之間的關(guān)系。隨著光子能量減少，ε2值減少。由ε2值截矩所確定的光子能量為約3.1eV。這樣結(jié)果是構(gòu)成下面包覆層603的磷化硼(BP)晶體室溫帶隙為約3.1eV。
在具有室溫帶隙為約3.1eV的BP下面包覆層603上，將具有磷(P)組成比為0.03和晶格匹配磷化硼(BP)的摻鎂P型氮磷化鎵(GaN0.97P0.03)層疊加成發(fā)光層604。在構(gòu)成下面包覆層603的BP和包括GaN0.97P0.03的發(fā)光層(室溫帶隙2.9eV)的帶隙差為約0.2eV。包括立方晶系GaN0.97P0.03的發(fā)光層604是利用三甲基鎵((CH3)3Ga)、PH3、H2體系通過常壓MOCVD法于950℃下生長(zhǎng)。發(fā)光層604的載流子濃度為約3×1017cm-3，和層厚為約0.3μm。
在發(fā)光層604上，將具有層厚為約0.3μm的n型磷化硼(BP)疊加成上面包覆層605。上面包覆層605是用一((C2H5)3B)、PH3、H2體系通過常壓MOCVD法于950℃下生長(zhǎng)。發(fā)光層605的晶格常數(shù)為0.4538nm，而上面包覆層605的晶格常數(shù)與發(fā)光層604的晶格常數(shù)一致。上面包覆層605由一種BP晶體組成，該BP晶體具有室溫帶隙為約3.1eV，與下面包覆層603的相似。上面包覆層605的載流子濃度為約2×1018cm-3。pn結(jié)型雙異質(zhì)(DH)結(jié)結(jié)構(gòu)的發(fā)光部分606由下面包覆層603，上面包覆層605，和GaN0.97P0.03發(fā)光層604制成，上述下面包覆層603和上面包覆層605各都包括一個(gè)具有帶隙為約3.1eV的BP半導(dǎo)體層。
在上面包覆層605上，疊加一個(gè)電流擴(kuò)散層607，該電流擴(kuò)散層包括具有一帶隙為約3.1eV的n型BP。構(gòu)成電流擴(kuò)散層607的摻Si的BP層是利用一((C2H5)3B)、PH3、H2體系通過常壓MOCVD法于950℃下生長(zhǎng)。電流擴(kuò)散層607的層厚為約50nm和載流子濃度為約8×1018cm-3。
在P型Si單晶襯底601的背面上，形成一個(gè)包括鋁(Al)的P型歐姆電極。在電流擴(kuò)散層607表面上的中央處，設(shè)置一個(gè)n型歐姆電極608，該n型歐姆電極608包括Au·Ge合金。該n型歐姆電極608的直徑為約130μm。此后，將作為襯底601的Si單晶在平行于和垂直于[211]方向的方向上切割，以便形成一種具有邊長(zhǎng)為約300μm的LED芯片60。
一正向驅(qū)動(dòng)的電流在兩個(gè)歐姆電極608和609之間通過以便發(fā)光。電流-電壓特性(I-V特性)顯示出基于發(fā)光部分606良好pn結(jié)性能的正常整流特性。從I-V特性計(jì)算得到的正向電壓(所謂的Vf)為約3.1V(正向電流＝20mA)。反向電壓為約10V(反向電流＝5μA)。在通過20mA的正向工作電流時(shí)，發(fā)出具有中心波長(zhǎng)為約430nm的藍(lán)光。發(fā)射光譜的半帶寬度為約23nm。用一般積分球測(cè)得的芯片狀態(tài)中的發(fā)光強(qiáng)度為約14微瓦(μW)。這樣，提供了一種具有高發(fā)光強(qiáng)度的BP基化合物半導(dǎo)體LED。例2在例2中，通過參照一種具有本發(fā)明規(guī)定的磷化硼(BP)層的pn結(jié)型二極管詳細(xì)說明本發(fā)明。圖9示意示出例2的pn結(jié)型二極管90的剖視結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)具有(111)面的摻磷(P)n型Si單晶襯底901上，利用乙硼烷(B2H6)、(CH3)3Ga、H2體系通過減壓MOCVD法于400℃疊加一個(gè)由磷化硼鎵(BxGa1-xP)組成的低溫晶體層902-1。硼(B)的組成比(＝X)設(shè)定為0.02，以便達(dá)到與硅單晶(晶格常數(shù)＝0.5431nm)晶格匹配。低溫晶體層902-1在約1.3×104帕(Pa)的減壓下生長(zhǎng)。低溫晶體層902-1的層厚為約4nm。
當(dāng)用一斷面透射電子顯微鏡(TEM)法觀察時(shí)，在處于生長(zhǎng)狀態(tài)的B0.02Ga0.98P低溫晶體層902-1中，上部區(qū)域從與Si單晶襯底901一起的結(jié)表面為約1nm轉(zhuǎn)變成單晶。在B0.02Ga0.98P低溫晶體層902-1和n型Si單晶襯底901之間，未觀察到剝離并保持良好的粘附作用。低溫晶體層902-1的上面部分主要是由一種無定形材料組成。
在B0.02Ga0.98P低溫晶體層902-1上，用上述減壓MOCVD反應(yīng)體系于950℃下疊加一摻Si的n型BxGa1-xP高溫晶體層902-2，這里把組成梯度給予硼的組成(＝X)。在增加高溫晶體層902-2厚度的方向上，硼(B)的組成比從0.02線性增加到1.0。亦即，通過使硼(B)組成具有一個(gè)梯度，把n型高溫晶體層902-2的表面制成磷化硼(BP)層。這種具有組成梯度(X＝0.02→1.0)的n型BxGa1-xP層是一個(gè)具有帶隙接近3.0eV的晶體層，因?yàn)樵搶邮歉鶕?jù)在室溫下具有約3.0eV帶隙的BP晶體制成。硼(B)的組成梯度是通過始終均勻增加加到MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)中的乙硼烷量和均勻減少所加的三甲基鎵的量提供的。層厚為約0.4μm。在n型高溫晶體層902-2生長(zhǎng)期間，反應(yīng)系統(tǒng)中的壓力設(shè)定為1.3×104Pa。在具有硼組成梯度(X＝0.02→1.0)的高溫BxGa1-xP晶體層902-2生長(zhǎng)期間，Si是用一種乙硅烷(Si2H6)-H2混合氣體摻雜。載流子濃度設(shè)定到1×1018cm-3。根據(jù)X射線衍射分析，n型高溫晶體層902-2符合具有(111)取向的立方晶系BxGa1-xP(X＝0.02→1.0)晶體層。
在完成BxGa1-xP組成梯度層作為n型高溫晶體層902-2的層形成之后，B0.02Ga0.98P低溫晶體層902-1內(nèi)的大部分無定形材料轉(zhuǎn)入單晶中，因?yàn)閱尉优c處于生長(zhǎng)狀態(tài)的Si單晶襯底901一起存在于邊界區(qū)域中。另外，因?yàn)閚型BxGa1-xP(X＝0.02→1.0)高溫單晶層902-2設(shè)置在包括B0.02Ga0.98P(晶格常數(shù)＝0.5431nm)的低溫晶體層901-1上，該B0.02Ga0.98P具有與Si單晶襯底901晶格匹配的組成，所以形成一個(gè)不分開的連續(xù)層。緩沖層902由上述低溫晶體層902-1和高溫晶體層902-2的雙層結(jié)構(gòu)制成。
在n型高溫晶體層902-2上，通過用一B2H6、PH3、H2體系的減壓MOCVD法接合一個(gè)n型磷化硼(BP)層903。在n型BP層903生長(zhǎng)期間，Si用Si2H6-H2混合氣體摻雜。n型BP層903的載流子濃度為約5×1017cm-3和層厚為約0.3μm。n型層903由在室溫下具有帶隙為約3.0eV的BP晶體組成。
在n型BP層903上，通過用一B2H6、PH3、H2體系的減壓MOCVD法于950℃疊加一個(gè)P型BP層904。p型BP層904由具有帶隙為約3.0eV的摻鎂(Mg)BP層制成。所用的摻Mg源是雙-環(huán)戊二烯基Mg(雙-(C2H5)2Mg)。盡管p型層904是一種寬帶隙半導(dǎo)體，但因?yàn)樵搶佑勺鳛殚W鋅礦晶體BP組成并具有低的離子結(jié)合性質(zhì)，所以載流子濃度可制成為約3×1018cm-3。p型層904的層厚為約0.2μm。pn結(jié)結(jié)構(gòu)由上述n型BP層903和n型BP層904組成。
在n型Si單晶襯底901的背面，形成一個(gè)包括鋁(Al)的n型歐姆電極906。在p型BP層904表面上中央處，設(shè)置一個(gè)包括金(Au)的p型歐姆電極905。p型歐姆電極905的直徑為約110μm。然后，將作為襯底901的Si單晶層在平行于和垂直于[211]方向的方向上切割，以便形成具有邊長(zhǎng)為約350μm的二極管90芯片。
正向電流在二兩個(gè)歐姆電極905和906之間通過并測(cè)量。圖10示出電流-電壓特性(I-V特性)。例2的pn結(jié)型BP二極管由于良好的pn結(jié)性能而顯示出正常的整流特性。反向電壓為約15V(反向電流＝10μA)。這樣，提供了一種化合物半導(dǎo)體pn結(jié)型二極管，該pn結(jié)型二極管具有高擊穿電壓。例3在例3中，參照一種npn結(jié)型異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)詳細(xì)說明本發(fā)明，該HBT具有含本發(fā)明磷化硼(BP)的BP基混合晶體。圖11是例3中npn結(jié)型HBT10的示意剖視圖。
在具有一(100)面的摻磷(P)n型Si單晶襯底101上，通過用一乙硼烷(B2H6)、(CH3)3Ga、H2體系的減壓MOCVD法于350℃下疊加一低溫緩沖層102，該低溫緩沖層102由磷化硼鎵(BxGa1-xP)組成。硼(B)的組成比(＝X)設(shè)定為0.02，以便得到與Si單晶(晶格常數(shù)＝0.5431nm)晶格匹配。低溫緩沖層102在約1.3×104帕(Pa)的減壓下生長(zhǎng)。低溫緩沖層102的層厚為約14nm。
在B0.02Ga0.98P低溫緩沖層102上，通過將生長(zhǎng)溫度固定850℃下，采用上述減壓MOCVD反應(yīng)系統(tǒng)，按順序疊加下面所示的相應(yīng)功能層。通過設(shè)定載流子濃度(n(n型))或(p(p型))和如下面所示的每個(gè)功能層103-108的層厚(t)，制成供在HBT10中用的疊加層結(jié)構(gòu)11。
(1)一個(gè)集電極層103(n＝9×1017cm-3，t＝0.5μm)，該集電極層103包括一個(gè)摻Si的n型BxGa1-xP組成梯度層，同時(shí)表面是磷化硼(BP)，這里硼(B)組成比(＝X)從與BP低溫緩沖層102的結(jié)界面朝層表面由0.02線性增加到1.0。
(2)一個(gè)輔助集電極層104，該輔助集電極層104由摻Si的n型BP組成，這里n＝2×1018cm-3和t＝0.10μm。
(3)一個(gè)中間層105，它由立方晶系摻Si的n型氮化鎵(GaN)組成，這里n＝3×1018cm-3和t＝0.05μm。
(4)一個(gè)基極層106，它由摻鎂(Mg)的p型氮磷化硼(BP0.97N0.03)組成，該氮磷化硼在室溫下具有帶隙為約3eV，這里p＝3×1019cm-3和t＝0.01μm。
(5)一個(gè)發(fā)射極層107，它由摻Si的n型氮化鎵(GaN)組成，該氮化鎵在室溫下具有帶隙為約3.2eV，這里n＝4×1018cm-3和t＝0.20μm。
(6)一個(gè)接觸層108，它由摻Si的n型氮化鎵(GaN)組成，該氮化鎵在室溫下具有帶隙為約3.2eV，這里n＝7×1018cm-3和t＝0.10μm。
此后，用一種氬(Ar)、甲烷(CH4)、氫(H2)混合氣體，通過一個(gè)通用的等離體蝕刻裝置將用于HBT的疊加層結(jié)構(gòu)11逐步蝕刻，以便露出接觸層108，基極層106和輔助集電極層104其中的每個(gè)功能層表面。上述中間層105能夠阻止蝕刻輔助集電極層104，并因此提供一種清楚地露出輔助集電極層104表面的作用。
在接觸層108的表面上，設(shè)置一個(gè)發(fā)射極電極109，該發(fā)射極電極109包括一種金-鍺合金(Au97％(重量)，Ge3％(重量))。發(fā)射電極109具有一方形平面形狀，邊長(zhǎng)為約110μm。在通過蝕刻露出的輔助電極層104上，設(shè)置一個(gè)集電極110，該集電極110同樣包括一種Au·Ge合金。用于一個(gè)n型層的各個(gè)電極109和110，用一種通用真空蒸發(fā)裝置固定，然后在420℃下合金化熱處理5分鐘。此后，在p型基極層106上，通過用已知的光刻技術(shù)選擇性的制成圖案，設(shè)置一個(gè)條紋狀的基極111，該基極111包括一種金-鋅合金(Au95％(重量)，Zn5％(重量))。然后，在400℃下將基極111合金化處理2分鐘。接著實(shí)施切割成單個(gè)半導(dǎo)體器件。
當(dāng)在所得到的HBT發(fā)射電極109和集電極110之間加2.5V電壓(所謂集電極電壓)時(shí)，具有表面電阻約360Ω/平方的基層106的基極電流在0-50微安(μA)范圍內(nèi)變化。相對(duì)于基極電流的變化，直流(DC)放大倍數(shù)(β＝ICE/VB)幾乎固定不變，并且是95。這樣，按照本發(fā)明，提供了一種具有高而穩(wěn)定的DC放大倍數(shù)的HBT。例4在例4中，通過參照用于紫外譜帶的光電探測(cè)器件(光電探測(cè)器)詳細(xì)說明本發(fā)明，上述光電探測(cè)器件具有本發(fā)明中規(guī)定的磷化硼(BP)半導(dǎo)體層。圖12是示出例4中光電探測(cè)器件20的構(gòu)造示意剖視圖。
在一(0001)(c面)藍(lán)寶石襯底201上，利用三乙基硼烷((C2H5)3B)、PH3、H2體系通過一種常壓(幾乎是常壓)MOCVD法在380℃下淀積一個(gè)低溫緩沖層202，該低溫緩沖層202由磷化硼(BP)組成。低溫緩沖層202的層厚為約5nm。在BP低溫緩沖層202上，用上述常壓MOCVD裝置于825℃下疊加一個(gè)摻硅(Si)的n型磷化硼(BP)有源層203，以便制成一個(gè)供在光電探測(cè)器件20中用的疊加層結(jié)構(gòu)21。有源層203由一種BP半導(dǎo)體層組成，該BP半導(dǎo)體層在室溫下具有帶隙為約3.1eV。有源層203的載流子濃度為約2×1017cm-3，和層厚為約1.8μm。
將這種用于光電探測(cè)器件的疊加層結(jié)構(gòu)21經(jīng)受等離子體蝕刻，以便成圓形蝕刻有源層203表面上的中央部分。蝕刻是在一個(gè)具有約120μm直徑上的圓形區(qū)域進(jìn)行并且蝕刻深度為約0.1μm。在這個(gè)區(qū)域，形成一個(gè)Schottky電極204，該電極204具有一約100μm的直徑并且包括一個(gè)鈦(Ti)、鉑(Pt)、金(Au)三層結(jié)構(gòu)。在Schottky電極204的外周邊上，設(shè)置一個(gè)環(huán)形歐姆電極205，以便制成一個(gè)光電探測(cè)器件20，上述歐姆電極205包括一個(gè)金-鍺合金(Au·Ge)、鎳(Ni)、金(Au)三層結(jié)構(gòu)。環(huán)形電極205在以Schottky電極204的中心為圓心的圓周上形成，并具有約220μm的直徑。
在例4中，用低溫緩沖層202作為下層疊加BP有源層203，并因此有源層203變成一個(gè)優(yōu)質(zhì)晶體層。結(jié)果，在歐姆電極205和Schottky電極204之間加一-2V的反向電壓時(shí)，暗電流降到約1×10-8A/cm2。截止波長(zhǎng)為約400nm。這樣，按照本發(fā)明，提供了一種具有極好暗電流性能的近紫外譜帶光電探測(cè)裝置。
工業(yè)應(yīng)用按照本發(fā)明，一種化合物半導(dǎo)體器件用磷化硼(BP)或一種BP基混合晶體制成，上述磷化硼(BP)在室溫下具有一通常未知的大帶隙，該帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV，而BP基混合晶體通過用BP晶體形成一種混合晶體得到，因此可以制成一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件由于很寬的帶隙而能在高溫下起作用，而且具有一個(gè)高的擊穿電壓。尤其是，因?yàn)椴捎靡环N閃鋅礦晶體型BP或BP基混合晶體，該BP或BP基混合晶體盡管它具有寬帶隙，但具有一個(gè)小的離子結(jié)合性能，所以可以簡(jiǎn)單而方便地形成一種具有高空穴濃度的p型傳導(dǎo)層，因此可方便而簡(jiǎn)單地提供一種利用低阻p型半導(dǎo)體層作為功能層的半導(dǎo)體器件。
從利用本發(fā)明包括BP的半導(dǎo)體層或包括BP基混合晶體的半導(dǎo)體層的pn結(jié)型二極管，得到一種顯示正常整流特性并具有高擊穿電壓的二極管。從利用包括本發(fā)明BP的半導(dǎo)體層或包括BP基混合晶體的半導(dǎo)體層的一種LED，得到一種具有高發(fā)光強(qiáng)度的發(fā)藍(lán)光器件。從利用本發(fā)明包括BP的半導(dǎo)體層或包括BP基混合晶體半導(dǎo)體層的光電探測(cè)器件，得到一種具有極好暗電流性能并適合用于近紫外譜帶的光電探測(cè)器件。
從一種利用包括本發(fā)明BP的半導(dǎo)體層或包括BP基混合晶體的半導(dǎo)體層的TEGFET，可以得到一種能利用高電子遷移率的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。從一種利用包括本發(fā)明BP的半導(dǎo)體層或包括BP基混合晶體半導(dǎo)體層的HBT，得到一種具有高而穩(wěn)定的DC放大倍數(shù)的HBT。從利用包括本發(fā)明BP的半導(dǎo)體層或包括BP基混合晶體的Hall器件，得到一種具有極好耐熱性和高靈敏度的Hall器件。
按照本發(fā)明用于形成具有寬帶隙的BP或BP基混合晶體的方法，可以穩(wěn)定地形成在常規(guī)技術(shù)見不到的，在室溫下具有不少于2.8eV和不多于3.4eV高帶隙的一種磷化硼(BP)或BP基混合晶體。這提供了一種能與另一些半導(dǎo)體形成各種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的作用。例如，從具有本發(fā)明所規(guī)定的帶隙BP，可以制成一種對(duì)氮磷化鎵(GaNP混合晶體)起阻擋層作用的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)用常規(guī)具有帶隙為約2eV的BP不能制造。
而且，按照本發(fā)明用于形成一BP或BP混合晶體層的方法，即使在作為襯底材料的晶格失配單晶上制造一種用于得到化合物半導(dǎo)體器件的疊加層結(jié)構(gòu)的情況下，也可以制造一個(gè)由BP或BP基混合晶體組成的緩沖層，該緩沖層可以松馳襯底材料和疊加層結(jié)構(gòu)組成層之間的晶格失配。在能松馳晶格失配的緩沖層上，可以形成一種具有極好結(jié)晶度的BP層或BP基混合晶體層。因此，按照本發(fā)明的形成方法，可以形成一種包括具有極好結(jié)晶度的BP層或BP基混合晶體的疊加層結(jié)構(gòu)，并且還可以提供具有極好性能的化合物半導(dǎo)體器件。
如上所述，本發(fā)明具有工業(yè)可應(yīng)用性。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體層，包括磷化硼(BP)，該BP在室溫下具有不少于2.8eV和不多于3.4eV的帶隙。
2.一種半導(dǎo)體層，包括一種磷化硼基混合晶體，該磷化硼基混合晶體含有在室溫下具有帶隙不少于2.8eV和不多于3.4eV的磷化硼，并用下面分子式表示BαAlβGaγIn1-α-β-γPδAsεN1-δ-ε(其中0＜α＝1，0＝β＜1，0＝γ＜1，0＜α+β+γ＝1，0＜δ＝1，0＝ε＜1，0＜δ+ε＝1)。
3.一種用于制備如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體層的方法，包括用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積法(MOCVD法)在下列條件下形成一個(gè)半導(dǎo)體層溫度高于750℃和不高于1200℃，包括磷(P)的第V族元素源總供給量與包括硼(B)的第III族元素總供給量的比值不少于15和不多于60，及半導(dǎo)體層的生長(zhǎng)速率不少于2nm/min和不多于30nm/min。
4.按照權(quán)利要求3所述用于制備半導(dǎo)體層的方法，包括用一種MOCVD方法在不低于250℃和不高于750℃的溫度下，在一晶體襯底上形成一緩沖層，并在該緩沖層上生長(zhǎng)一半導(dǎo)體層，上述緩沖層由其主要部分是無定形的磷化硼或磷化硼基混合晶體組成。
5.一種半導(dǎo)體器件，包括晶體襯底和如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體層，其中上述半導(dǎo)體層疊加在晶體襯底上。
6.一種半導(dǎo)體器件，包括晶體襯底和如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體層，其中上述半導(dǎo)體層疊加在晶體襯底上。
7.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，如權(quán)利要求1所述的第一半導(dǎo)體層，以及第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層具有一與上述第一半導(dǎo)體層不同的帶隙，其中上述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層形成一個(gè)異質(zhì)結(jié)。
8.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，如權(quán)利要求2所述的第一半導(dǎo)體層，以及第二半導(dǎo)體層，該第二半導(dǎo)體層具有一與上述第一半導(dǎo)體層不同的帶隙，其中上述第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層形成一個(gè)異質(zhì)結(jié)。
9.按照權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中上述第一半導(dǎo)體層和上述第二半導(dǎo)體層是晶格匹配的。
10.按照權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中上述第一半導(dǎo)體層和上述第二半導(dǎo)體層是晶格匹配的。
11.按照權(quán)利要求5-10其中之一所述的半導(dǎo)體器件，具有一個(gè)pn結(jié)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明通過汽相法制備半導(dǎo)體器件，并且提供一種半導(dǎo)體層，該半導(dǎo)體層由磷化硼(BP)或一種BP基混合晶體組成，上述磷化硼(BP)在室溫下具有不少于2.8eV和不多于3.4eV的帶隙，而BP基混合晶體含有磷化硼(BP)并用下面分子式表示B
文檔編號(hào)H01L33/12GK1460296SQ02801861
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月28日
發(fā)明者宇田川隆 申請(qǐng)人:昭和電工株式會(huì)社