[发明专利]具有一连续渐变带隙半导体区域的半导体器件

说明书

本发明与含有非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，并且只有导带和价带之一是连续渐变的。

按照本发明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，并能提高光敏响应。

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。其中晶体管或二极管是按照分子束外延法来制造的。〔参见F·Capasso，Surface    Science.142.pp.513-528（1984）〕

在分子束外延法中，形成薄膜的操作是在超高真空中进行。并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Ca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的晶格常数彼此不同，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空键。正由于此，能有效地生成实际所需的非单晶SiGe膜。

此外，适当改变含于膜中的Si和Go的比，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。

虽然在美国专利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，但其

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。

参照US4.254.429中公开的半导体器件，在有一半导体膜情况下，该膜中的导带和价带二者相对费米能级而言都是倾斜的并且该膜有一向另一方向扩展的带隙，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。如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（ISo），开路电压（Voc）以及占空因数（FF）其中任何一个。

本发明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。

本发明的另一个目的，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。

本发明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，它在光敏响应方面得到了改进。

图1是解释一代表性实施例的示意图，这是本发明所说的渐变带隙晶体管结构的示意图;

图2（a）至图2（c）是按本发明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，它说明按照本发明所制造的渐变带隙二极理的结构;

图5（a）至图5（c）以及图6是按本发明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，该设备作为制造本发明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，作为用以制造本发明的渐变带隙晶体管或二极管设备的另一个例子。

本发明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发明。