[发明专利]双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及双极晶体管，更具体地涉及包含III族元素氮化物半导体作为主要材料的双极晶体管。

背景技术

已知下述双极晶体管，其包含III族元素氮化物半导体作为主要材料。图1是示出典型的双极晶体管的截面图。在例如下述文献中报告了这样的双极晶体管：L.S.McCarthy等人，″AlGaN/GaN Heterojunction Bipolar Transistor″，IEEE Electron Device Letters，Vol.20，No.6，pp.277，(1999)。

在图1中，双极晶体管具有：蓝宝石衬底100；子集电极层103，由高浓度n型GaN制成；集电极层104，由低浓度n型GaN制成；基极层105，由p型GaN制成；以及，发射极层106，由n型Al_0.1Ga_0.9N制成。相对于衬底表面的晶体生长方向与[0001]方向平行。发射极电极10E形成为接触n型AlGaN发射极层106，基极电极10B形成为接触p型GaN基极层105，集电极电极10C形成为接触n型GaN子集电极层103。

作为现有技术，日本专利公开JP 2004-140339A(对应于美国专利US 6,856,005B2)公开了一种具有氮化物异质结构的器件及其制造方法。该器件具有由InN本身制成或InN作为主要成分的氮化物异质结构，并且具有在至少一部分上用作氮极化表面或具有与其类似的性质的表面的晶体。

而且，日本专利公开JP 2003-518776A(WO 01/048829公开(对应于美国专利US 6,858,509B2))公开了一种集电极在上的异质结双极晶体管及其制造方法。异质结双极晶体管是集电极在上的异质结双极晶体管。该异质结双极晶体管具有层叠在衬底上的发射极层(EM)、基极层(BA)和集电极层(CO)。基极发射极有源结的表面面积小于基极集电极有源结的表面面积，基极层对于导电离子注入的敏感度小于发射极层的材料对于相同离子注入的敏感度。

而且，WO2004/061971公报(对应于美国专利公报US 2005/224831A1)公开了p型氮化物半导体结构和双极晶体管。在该p型氮化物半导体结构中，在进行蚀刻的p型氮化物半导体上形成再生长的p型氮化物半导体层以包括In。

本发明人新发现下面的事实。图2是图1中所示的双极晶体管的能带图。该能带图示出在图1中所示的双极晶体管中在基极和发射极之间施加正向偏压并且在基极和集电极之间施加反向偏压的情况。根据能带计算，已知在距离GaN的导带的底部，即距离Γ波谷大约2.0电子伏特的高能量侧上存在L-M波谷和第二Γ波谷。在图2中，它们被笼统地示出为“上波谷”(由图2中的双点划线表示)。

如图2中所示，在图1中的双极晶体管中，电场强度在基极层105和集电极层104之间的界面附近最大。因为这个原因，从基极层105注入到集电极层104中的电子被改变为具有高能量，使得它们接收声子散射以跃迁到上波谷。因为这个原因，双极晶体管具有载流子速度在高压操作时降低从而截止频率减小的趋势。而且，电子易于在集电极层104中改变高能状态，并且集电极层104的GaN具有相对较小的带隙。因此，容易产生雪崩击穿。因为这个原因，该双极晶体管具有集电极击穿电压低的问题。

引用列表

专利文献

[专利文献1]：JP 2004-140339A

[专利文献2]：JP 2003-518776A

[专利文献3]：WO 2004/061971

[非专利文献1]

[非专利文献1]L.S.McCarthy等人，″AlGaN/GaN Heterojunction Bipolar Transistor″，IEEE Electron Device Letters，Vol.20，No.6，pp.277，(1999)

发明内容

本发明的目的是提供一种双极晶体管，其解决了上述问题，并且集电极击穿电压高，并且其电子传送性质即使在高压下也是优异的。