具有掺杂第Ⅳ族元素的第Ⅲ–V族化合物半导体的P–N接面装置

摘要

本发明系包含第Ⅲ－Ｖ族化合物半导体之Ｐ－Ｎ接面装置，其中ｐ或ｎ（或ｐ与ｎ两者）区域是由一选择性地掺入一自碳、锗或矽元素中选取之两性的第ＩＶ族元素掺杂剂的超晶格所形成，此超晶格包括各具有二材料层的多数个周期。依传导性型式，仅有一形成前述传导性型式的超晶格区域之周期中的材料层被选择性地掺入前述掺杂剂，而使这些周期中的其他材料层则不被掺入其他元素，超晶格可由分子束磊晶技术形成，且该掺杂剂可藉由δ掺杂法而以一贮积于形成周期之各别材料层之单层片状方式被结合至各个材料层中。各周期包５至１５个依一相对于化合物半导体中阳离子组成比率之数值比贮积于两材料层中的单层。低的成长温度（例如介于４１０至４５０℃范围内）将导致形成如镜面般的表面。对于一化合物半导体Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ而言，以每周期８个单层依序排列的超晶格砷化镓／砷化铟将依一０．４７／０．５３的比比率形成。在自由载子浓度为１０16ｃｍ-3时，同时以碳做为两性的掺杂剂时可得到ｐ型与ｎ型之载子移动率为２００与２３００ｃ㎡／Ｖｓ。

主权项

1. 一种包括半导体结构的P—N接面装置,包含多层 的第 III—V族化合物半导体以及连接至结构的电极,该 结构依 由下至上的顺序包括: 基底, 缓冲层, 加入P—N接面的超晶格, 导电接触层,其中 该超晶格包含多个周期,排成形成二区域的组,各 周期包 含二层,在二区域之一中,各周期内仅有一层被掺 以对该 区域赋予一种传导型式的杂质,在该二区域之另一 中,各 周期内仅有另一层被掺以对该另一区域赋予相反 传导型式 杂质, 该掺杂剂是选自由碳、锗、矽所组成之类群中的 两性掺杂 剂,各周期包含多个单层,数目为5至15,以对应于该 化 合物半导体之阳离子组成比的数値比来形成各周 期的二层 , 该掺杂剂由掺杂法选择性引入形成该一区域之 各周期之 该一层的中心,以及引入形成该另一区域之各周期 的该另 一层。2. 如申请专利范围第1项所述之P—N接面装 置,其中该掺 杂剂包括碳。3. 如申请专利范围第1项所述之P—N 接面装置,其中该化 合物半导体是选自Ga@ssxIn@ss1@ss-@ssxAs、(GaAl)@ ssxIn@ss1@ss-@ssxAs、Al@ssxIn@ss1@ss-@ssxAs所组成 的群类,其中x为0.470.05。4. 如申请专利范围第1项 所述之P—N接面装置,其中该基 底包括InP,该化合物半导体包括Ga@ss0@ss.@ss4@ss7In@ ss0@ss.@ss5@ss3As。5. 如申请专利范围第4项所述之P— N接面装置,其中各周 期包含总共8个GaAs和InAs单层,分别以3.76对4.24的比 値存在于周期中。6. 如申请专利范围第4项所述之 P—N接面装置,其中碳以 110@su1@su6至510@su1@su8每厘米立方之浓度包含于 各层中。7. 如申请专利范围第1项所述之P—N接面 装置,其中该超 晶格包含10至500个该周期。8. 如申请专利范围第7 项所述之P—N接面装置,其中该超 晶格包含100至300个该周期。9. 如申请专利范围第1 项所述之P—N接面装置,其中该化 合物半导体是选自由Ga@ssyIn@ss1@ss-@ssyP、(GaAl)@ ssyIn@ss1@ss-@ssyP、Al@ssyIn@ss1@ss-@ssyP所组成的 群类,其中y为0.5150.05。10. 如申请专利范围第9项 所述之P—N接面装置,其中该 包括GaAs,该化合物半导体包括Ga@ss0@ss.@ss5@ss1@ss5 In@ss0@ss.@ss4@ss8@ss5 P。11. 如申请专利范围第1项所 述之P—N接面装置,其中由 MBE来沈淀该单层以及两性掺杂剂。12. 一种包括半 导体结构的P—N接面装置,包含多层的第 III—V族化合物半导体以及连接至结构的电极,该 结构依 由下至上的顺序包括: 基底, 缓冲层, 具有第一传导型式的区域, 具有第二传导型式的区域, 导电接触层,其中 该区域之一是包含多个周期的超晶格,各个该周期 包含二 层,在各周期中,一层掺以赋予该区域与另一区域 相反之 传导型式的杂质,该掺杂剂包括选自由碳、锗、矽 所组成 之群类中的两性掺杂剂,各周期包含多个单层,数 目为5 至15,以对应于该化合化半导体之阳离子组成比的 数値比 来形成各周期的二层,该掺杂剂由掺杂法选择性 引入各 周期之该一层的中心。13. 如申请专利范围第12项 所述之P—N接面装置,其中该 掺杂剂包括碳。14. 如申请专利范围第12项所述之P —N接面装置,其中该 化合物半导体是选自Ga@ssxIn@ss1@ss-@ssxAs、(GaAl)@ ssxIn@ss1@ss-@ssxAs、Al@ssxIn@ss1@ss-@ssxAs所组成 的群类,其中x为0.470.05)。15. 如申请专利范围第12 项所述之P—N接面装置,其中该 基底包括InP,该化合物半导体包括Ga@ss0@ss.@ss4@ss7 In@ss0@ss.@ss5@ss3As。16. 如申请专利范围第15项所述 之P—N接面装置,其中各 周期包含8个单层,该第一化合物包括GaAs和InAs的单 层 ,分别以3.76对4.24的比値存在于周期中。17. 如申请 专利范围第15项所述之P—N接面装置,其中碳 以110@su1@su6至510@su1@su8每厘米立方之浓度包含 于各层中。18. 如申请专利范围第12项所述之P—N 接面装置,其中该 基底包括GaAs,该化合物半导体包括Ga@ss0@ss.@ss5@ss1 @ss5 In@ss0@ss.@ss4@ss8@ss5 P。19. 如申请专利范围第12 项所述之P—N接面装置,其中该 超晶格包含10至500个该周期。20. 如申请专利范围 第19项所述之P—N接面装置,其中该 超晶格包含100至300个该周期。21. 如申请专利范围 第12项所述之P—N接面装置,其中该 化合物半导体是选自由Ga@ssyIn@ss1@ss-@ssyP、(GaAl)@ ssyIn@ss1@ss-@ssyP、Al@ssyIn@ss1@ss-@ssyP所组成的 群类,其中y为0.5150.05。22. 如申请专利范围第12项 所述之P—N接面装置,其中由 MBE来沈淀该单层以及两性掺杂剂。23. 一种P—N接 面装置,包括: 包含多层之第III—V族化合物半导体的半导体结构 以及连 接至结构的电极,该结构包含加入P—N接面的超晶 格,其 中 该超晶格包含多个周期,排成形成二区域的组各周 期包含 二层,在二区域之一中,各周期中仅有一层被掺以 对该区 域赋予一种传导型式的杂质,在该二区域之另一中 ,各周 期中仅有另一层被掺以对该另一区域赋予相反传 导型式的 杂质, 该掺杂剂选自由碳、锗、矽元素所组成的类组中 的两性掺 杂剂, 该掺杂剂由掺杂法选择性引入形成该一区域之 各周期之 该一层的中心,以及引入形成该另一区域之各周期 的该另 一层。图示简单说明: 第1图系一具有一砷化镓/砷化铟超晶格结构之装 置的概 图,此超晶格结构被选取而以—掺杂法形成于砷 化铟与 砷化镓层的中央; 第2图系显示于第1图中之一部份超晶格的概图,其 包括P —N接面与二周期之具有不同的传导型式于P—N接 面之反 侧上的超晶格结构; 第3图与第4图系两种具一P—N接面面装置之各个概 图,其 中超晶格结构形成了一具有一种传导型之区域;以 及 第5图系一磷化铟基底上砷化镓/砷化铟超晶格P—N 接面