CN1344031A - 双极晶体管、半导体发光元件和半导体元件 - Google Patents

Abstract

在GaAs系半导体元件中,通过使用In_pGa_1－pN(0<p≤1),来形成能隙差较大的异质结,而提供高性能的半导体元件。

Description

双极晶体管、半导体发光元件和半导体元件

技术领域

本发明涉及双极晶体管、半导体发光元件和半导体元件。

背景技术

作为III-V族化合物半导体的GaAs系晶体管与Si晶体管相比具有高工作频率、高输出、高增益、低工作电压、高工作效率及低耗电等各种优越的特征。由于这些特征，GaAs系异质结双极晶体管(以下称为HBT)和GaAs系异质结场效应晶体管(高电子迁移率晶体管，以下称为HEMT)作为移动通信用的器件已经实用化了。

在该GaAs系晶体管中，GaAs系HBT可以用比HEMT少的电源个数进行驱动，因此，适合于装置的小型化。而且，由于GaAs系HBT使用注入集电极的「热电子(Hot-electron)」的冲击传导，因此，高速工作性优越。因此，希望GaAs系HBT作为支持手机等移动通信等的关键器件。

在该手机中，一般需要在约4.7V或者约3.5V的低工作电压下得到高电流增益的功率器件。上述GaAs系HBT用比基极层带隙大的材料形成发射极层，抑制从基极层向发射极层的少数载流子的注入，因此，如果与同质结双极晶体管相比，电流增益较大。但是，在现有的GaAs系HBT中，要求更高的电流增益。即，在现有技术中，在发射极层中使用与基极层等相同的GaAs层，但是，由于产生从基极层向发射极层的逆注入，存在电流增益降低的问题。

作为对该问题的解决方法，在日本专利公开公报特开平11-274167号公报等中，提出了在发射极层中使用InGaP层的双极晶体管。其是这样的发明：使发射极层成为具有比较大的带隙的InGaP，来减小上述逆注入。但是，使用InGaP也不能充分增大其带隙，所以无法大幅度地减小逆注入。

而且，在日本专利公开公报特开平9-307100号公报中，提出了这样的方法：使用宽带隙半导体作为在GaAs系HEMT中提高栅极与漏极之间耐压的方法。其是这样的方法：在GaAs系HEMT中的电子供给层中使用带隙比上述InGaP更大的SiC和InAlGaN等宽带隙半导体。但是，HEMT中的电子供给层是用于向高纯度的GaAs层提供电子的层，如果膜厚为几十nm就足够了。与此相对，GaAs系HBT中的n型发射极层是构成晶体管中的npn结的一个层，为了在p型基极层中关闭正空穴，必须使其膜厚为几百nm程度。因此，作为GaAs系HBT的发射极层，用与GaAs系HEMT相同的方法来形成宽带隙半导体是极其困难的。

发明内容

因此，本发明人为了在发射极层和基极层中形成能隙差大的异质结来提高GaAs系HBT的电流增益而反复进行了各种实验。其结果，独自获知：在GaAs系HBT中，通过在发射极层中使用InGaN或者InN，能够得到电流增益高的HBT。使用这样形成能隙差大的异质结的方法，即使在GaAs隙半导体发光元件等中，也能够得到高性能的元件。

为了解决上述问题，本发明的目的是形成能隙差大的异质结，而提供性能更高的半导体元件。

本发明双极晶体管，其特征在于包括：

衬底；

形成在上述衬底上、由第一导电类型半导体构成的集电极层；

形成在上述集电极层上、由包含GaAs、InGaAs、AlGaAs、InAlGaP、InGaAsP、GaSb、GaAsSb、GaNAs、InGaNAs、SiGe、HgCdTe中一种材料的第二导电类型半导体构成的基极层；

形成在上述基极层上、包含带隙大于上述基极层的第一导电类型的In_pGa_1-pN(0＜p≤1)的发射极层。

而且，本发明的半导体发光元件，其特征在于包括：

由第一导电类型的半导体构成的第一导电类型包层；

形成在上述第一导电类型包层上、包含In_aAl_bGa_1-a-bAs_cP_1-c(0≤a≤1、0≤b≤1、0≤a+b≤1、0≤c≤1)，通过电流注入而发光的有源层；

形成在上述有源层上、包含第二导电类型的In_rGa_1-rN(0＜r≤1)的第二导电类型包层。

而且，本发明的半导体元件，其特征在于包括：

由In_tGa_1-tN(0＜t≤1)构成的第一半导体层；

与上述第一半导体层形成异质结，包含电子亲和力小于上述第一半导体的GaAs、InGaAs、AlGaAs、InAlGaP、InGaAsP、GaSb、GaAsSb、GaNAs、InGaNAs、SiGe、HgCdTe之一的材料的第二导电类型半导体层。

附图说明

图1是本发明的第一实施例的双极晶体管的断面模式图；

图2是本发明的第二实施例的半导体发光元件的断面模式图；

图3是本发明的第三实施例的半导体发光元件的断面模式图；

图4是本发明的第四实施例的半导体元件的断面模式图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的实施例进行说明。下面，在第一实施例中，对GaAs系异质结双极晶体管进行说明，在第二实施例中，对GaAs系发光二极管进行说明，在第三实施例中，对GaAs系激光二极管进行说明，在第四实施例中，对GaAs系HEMT进行说明。

第一实施例

第一实施例的双极晶体管的特征之一是：如从图1所看到的那样，在GaAs系的元件中，在发射极层106和发射极接触层107中使用InGaN。

图1是表示本发明的第一实施例的双极晶体管的断面图。在SI-GaAs衬底(半绝缘性GaAs衬底)101上，依次形成由不掺杂GaAs组成的缓冲层102、由高浓度n型GaAs组成的膜厚500nm的集电极接触层103、由n型GaAs组成的膜厚500nm的集电极层104、p型GaAs组成的膜厚50nm的基极层105。而且，在以下把这些层称为GaAs层101～105。在基极层105上依次形成由n型In_0.5Ga_0.5N组成的发射极层106、由组成倾斜的n型InGaN组成的发射极接触层107。发射极层106和发射极接触层107的膜厚合计为400nm。

通过发射极接触层107由发射极电极112给上述发射极层106施加电流·电压。其中，为了容易取得该发射极电极112与发射极层106的欧姆接触，则发射极接触层107的In组成越往图中上侧则越高。而且，由基极电极111给基极层105施加电流·电压。而且，通过集电极接触层103由集电极电极110给集电极层104施加电流·电压。图1的双极晶体管是在n型的集电极层104上依次键合p型的基极层105、n型的发射极层106的npn结的构成，与一般的晶体管相同，给各个层施加预定的电压·电流，晶体管进行工作。

图1的双极晶体管是把由GaAs组成的基极层105和由InGaN组成的发射极层进行键合的异质结双极晶体管(HBT)。而且，图1的HBT是使用GaAs衬底101所形成的GaAs系HBT。图1的双极晶体管为了容易进行说明而改变倍率来表示。

下面对图1的双极晶体管的制造方法进行说明。

(1)首先，在支座上配置SI-GaAs衬底101，把其加热到700℃左右的温度。而且，流过TMG(三甲基镓)、AsH₃和氢载气，来生长由不掺杂的GaAs组成的缓冲层102。而且，GaAs的结晶构造是闪锌构造。

(2)接着，仍把衬底的温度保持在700℃，流过TMG(三甲基镓)、AsH₃、作为n型掺杂材料的SiH₄和氢载气，来生长由n型GaAs组成的集电极接触层103和集电极层104。

(3)接着，仍把衬底的温度保持在700℃，流过TMG(三甲基镓)、AsH₃、p型掺杂材料和氢载气，来生长由p型GaAs组成的基极层105。其中，AsH₃/TMG的原料供给比为1以下。作为p型掺杂材料，可以使用CBr₄和TMAs(三甲基砷)等。

(4)接着，仍把衬底的温度保持在700℃，流过TMG、TMI(三甲基铟)、NH₃、作为n型掺杂材料的SiH₄和载气，来生长由n型InGaN组成的发射极层106和发射极接触层107。该发射极层106、发射极接触层107的n型InGaN的结晶构造是闪锌构造。

(5)接着，把衬底101冷却到室温并取出，进行腐蚀而形成图1那样的形状，然后，形成集电极电极110、基极电极111和发射极电极112。

在通过以上说明的方法所形成的图1的GaAs系HBT中，由于使由GaAs组成的基极层105和由InGaN组成的发射极层106成为异质结，而能够提供电流增益较高，特性稳定的元件。即，构成基极层105的GaAs的带隙为约1.4eV，与此相对，构成发射极层106的In_0.5Ga_0.5N的带隙为约2.4eV，这样，通过使带隙差大的半导体成为异质结，能够抑制从基极层105向发射极层106的载流子的逆注入，而能够提高电流增益。

在现有技术中，在GaAs系HBT中使用InGaN这样的带隙大的材料，从结晶生长的观点看是极端困难的。这是因为晶格常数的不匹配以及生长温度的不同。下面进行详细说明。

作为带隙大的半导体材料，GaN、AlGaN、SiC、ZnSe等宽带隙半导体是公知的。其中，所谓宽带隙半导体大多指具有相当于兰色发光的2.6eV以上带隙的半导体。该宽带隙半导体和GaAs系半导体在晶格常数上大为不同。例如，当在GaAs层上形成GaN层时，GaAs(闪锌构造)的晶格常数为0.565nm，与此相对，GaN(闪锌构造)的晶格常数为0.45nm，因此，这些层的晶格失配为20.5％这样较大的值。在此基础上，如果在GaN层中增加Al，晶格失配的值变得更大。当考虑到现在使用的GaAs和AlGaAs的异质结中的晶格失配为1％以下，其是非常大的值。这样，当用晶格失配较大的结晶形成异质结时，在结晶中易于产生裂缝。在此基础上，这些宽带隙半导体的晶格常数比GaAs小。因此，当把图1的双极晶体管的发射极层106、发射极接触层107作为宽带隙半导体时，在该宽带隙半导体中，在拉伸方向上施加力。当这样在拉伸方向上施加力时，与在压缩方向上施加力的情况相比，特别容易产生裂缝。而且，图1的双极晶体管的发射极层106、发射极接触层107是构成npn结的一个层，为了在p型基极层105中封闭正空穴，需要几百nm的膜厚。这样，当形成几百nm以上的膜厚时，与形成几十nm的薄的膜厚的情况不同，极其容易产生裂缝。

而且，通常，宽带隙半导体的结晶生长温度极高。例如，MOCVD法中的生长温度是：GaAs为600℃～700℃，与此相对，GaN是1100℃，AlGaN为1200℃。当在这样的高温下形成图1的发射极层106、发射极接触层107时，从GaAs层102～105产生剧烈的As脱出，不能保证GaAs层102～105的品质。而且，为了避免这一问题，当以与GaAs层相同程度的低温下生长宽带隙半导体层时，通常，该宽带隙半导体层的结晶特性显著变差。

如以上那样，从结晶生长的观点看，在图1这样的GaAs系HBT的发射极层106、发射极接触层107中使用宽带隙半导体这样的带隙大的半导体是极其困难的。

但是，本发明人为了在GaAs系HBT的发射极层106、发射极接触层107中使用带隙大的半导体而得到高的电流增益，反复进行了各种实验。其结果，独自得知：通过在发射极层106和发射极接触层107中使用In_pGa_1-pN(0＜p≤1)，能够解决该问题。该In_pGa_1-pN的带隙为约1.9eV～3.4eV，与GaAs的带隙约1.4eV相比较大。而且，该In_pGa_1-pN(0＜p≤1)能够把结晶生长温度降低到800℃以下，即使在通常的GaAs系的结晶生长装置中，不会使结晶品质变差，能够进行充分的生长。但是，当把该In_pGa_1-pN用于GaAs系HBT时，上述裂缝不会产生。对于其原因，本发明人是这样考虑的：

首先，考虑到是因为In的结晶具有柔软的特性。GaAs和In_pGa_1-pN的晶格失配为12％以上。如果着眼于该晶格失配的大小，在现有的技术常识中，在几μm的GaAs层101～105上形成几百nm的In_pGa_1-pN层是极其困难的。实际上，根据本发明人的实验，当把发射极层106的In_0.5Ga_0.5N置换为晶格常数大致相等的InAlGaN层时，就产生了裂缝。但是，根据本发明人的实验，当在发射极层106、发射极接触层107中使用In_pGa_1-pN时，不会产生裂缝。这是考虑到：相对于Al的结晶的坚硬，In的结晶较柔软。这样，由于In的结晶较柔软，即使在发射极层106、发射极接触层107中使用In_pGa_1-pN，裂缝也不会产生。

而且，考虑到In_pGa_1-pN的结晶构造易于成为闪锌构造。在上述晶格常数的说明中，说明了GaN系的材料作为闪锌构造的情况。这是因为：图1的GaAs层101～105的结晶构造是闪锌构造，在其上形成的半导体层106、107的结晶构造易于成为闪锌构造。但是，GaN系的材料通常易于成为纤维锌矿构造。特别是，加入了Al的AlN、AlGaN、AlInGaN的该倾向较强。这样，当在GaAs层101～105上形成加入了Al的GaN系材料时，易于成为纤维锌矿构造。因此，纤维锌矿构造的GaN系材料与闪锌构造的GaN系材料相比，晶格常数进一步变小。即，与GaAs的晶格失配进一步变大。因此，当在GaAs层101～105上形成加入了Al的GaN系材料时，裂缝易于进入。与此相对，当在GaAs层101～105上形成In_pGa_1-pN时，结晶构造易于与GaAs层101～105相同。因此，难于产生裂缝。

如以上那样，在图1的GaAs系HBT中，通过在发射极层106、发射极接触层107中使用In_pGa_1-pN，能够得到电流增益大的元件。

在上述图1的GaAs系HBT中，在由n型In_0.5Ga_0.5N组成的发射极层106上设置由组成倾斜的n型InGaN组成的发射极接触层107，使总膜厚合计成为400nm，但是，即使不设置由n型InGaN组成的发射极接触层107，使发射极层106成为膜厚400nm的组成倾斜的n型InGaN，也能理解为与图1的GaAs系HBT相同。

而且，在图1的GaAs系HBT中，把发射极层106和发射极接触层107的膜厚的合计作为400nm，但是，如果按照本发明人的实验，如果该厚度为200nm以上，能够在基极层105中关闭正空穴。但是，该膜厚随发射极层106、发射极接触层107的InGaN的In组成的值而变化。

而且，在图1的GaAs系HBT中，使用GaAs作为基极层105的材料，但是，也可以使用与In的3族混晶例如InGaAs、InAlGaP、InGaAsP和与Sb的5族混晶例如GaAsSb、GaAb等。在这些情况下，能够进一步加大发射极层106与基极层105之间的带隙差，能够降低导通电压。而且，能够使用与氮的5族混晶例如InGaNAs、GaAsN来作为基极层105的材料。但是，在此情况下，必须使氮的混晶比为0.02以下。一般，与氮的混晶，与GaAs相比，能隙更大。而且，能够使用AlGaAs、SiGe、HgCdTe作为基极层105的材料。而且，可以在集电极层104中使用上述材料。

而且，由于在图1的GaAs系HBT的各层的角部，易于产生由电流集中引起的劣化，因此，可以在各层间形成被称为脊的突出部。

而且，在图1的GaAs系HBT中，为了谋求各层的腐蚀去除的稳定性，而可以在必要的部分适当插入腐蚀阻挡层。

(第一变形例)

与第一实施例相关的第一变形例是：把GaAs系HBT作成双异质结。变更点是：在图1中，在集电极层中使用n型InGaN。当使用这样的材料时，能够进一步提高电流增益。在用InGaN形成集电极层104的情况下，能够按以下三种构成来形成衬底101至集电极接触层103的构成。

第一方法是这样的方法：与第一实施例相同，使用SI-GaAs作为衬底101，把缓冲层102作为GaAs，把集电极接触层103作为n型GaAs或者n型InGaN。该方法可以使用大口径的GaAs作为衬底。

第二方法是这样的方法：以第一方法作为基础，进一步改善集电极接触层103或者104的结晶品质，把缓冲层102分割成第一GaAs缓冲层和第二GaN缓冲层。在该方法中，希望第二GaN缓冲层氮化GaAs的表面。而且，希望集电极接触层103是n型InGaN层。

作为第三方法，在衬底101中使用蓝宝石和SiC等在GaN系的结晶生长中良好的材料，使用GaN和AlN、InN等氮化物层作为缓冲层。在此情况下，为了进一步改善结晶品质，集电极接触层103最好是n型InGaN。此时，集电极接触层103、集电极层104的InGaN的结晶构造为纤维锌矿构造，与此相对，发射极层106、发射极接触层107的InGaN的结晶构造为闪锌构造，因此，能够利用结晶构造不同所产生的能隙的不同。

(第二变形例)

与第一实施例相关的第二变形例是：把基极层105作成p型InGaNAs。在该材料系中，通过氮(N)的含有量，带隙能量小于InGaAs，因此，能够期待低电压工作。希望相对5族全体的氮(N)的混晶比为2％以下。而且，相对3族全体的In的混晶比为0.5。

(第三变形例)

与第一实施例相关的第三变形例是：使发射极接触层107形成为依次形成有n型InGaP、n型GaAs、n型InGaAs的构造。n型InGaP、n型GaAs、n型InGaAs的带隙依次变低。这样，通过使用该发射极接触层，易于取得发射极电极112和发射极层106的欧姆接触。在此情况下，从图中上侧对发射极层106的InGaN施加了拉伸方向的力，但是，没有发现裂缝的发生。

(第二实施例)

第二实施例是把本发明用于半导体发光元件的例子，如从图2所看到的那样，在GaAs系LED(发光二极管)中使用由InGaN组成的p型包层223。

图2是本发明的第二实施例的半导体发光元件的断面构造图。该半导体发光元件是使用由n型GaAs组成的厚度250.0μm的衬底210所形成的GaAs系LED。在衬底210上依次形成：由n型In_0.5(Al_0.6Ga_0.4)_0.5P组成的膜厚1.0μm的n型包层221、由In_0.5(Al_0.4Ga_0.6)_0.5P组成的膜厚1.0μm的发光层222、由p型In_0.2Ga_0.8N构成的膜厚200nm的p型包层223、由n型GaAs组成的电流阻挡层224、由p型In_0.2Ga_0.8N组成的p型埋入层225、由p型GaAs组成的p型接触层230。而且，在衬底210的图中下侧，形成n侧电极250，在p型GaAs接触层230的图中上侧形成p侧电极240。其中，一般在p侧电极240中使用Au-Zn合金，在n侧电极250中使用Au-Ge合金。而且，为了易于进行说明，图2改变了倍率来表示。

在图2的GaAs系LED中，从n侧电极250和p侧电极240向发光层222注入电流。此时，n型包层221和p型包层223的带隙能量大于发光层222，在发光层222中进行封闭载流子的动作。接着，通过电流的注入，发光层222发光。

在图2的GaAs系LED中，由于在p型包层223中使用了带隙大的In_0.2Ga_0.8N，因此能够抑制来自发光层222的电子的溢流，与现有的GaAs系LED相比，发光效率改善了约30％。

与此相对，在现有技术中，在p型包层223中使用带隙小于In_0.2Ga_0.8N的In_0.5(Al_0.6Ga_0.4)_0.5P。该In_0.5(Al_0.6Ga_0.4)_0.5p的晶格常数接近于构成衬底210的GaAs的晶格常数0.565nm，晶格失配为1％以下。但是，In_0.5(Al_0.6Ga_0.4)_0.5P的带隙与构成发光层222的In_0.5(Al_0.4Ga_0.6)_0.5P接近，因此，引起了来自发光层222的电子的溢流。在现有技术中，从在第一实施例中说明的晶格匹配和结晶生长温度的观点出发，把带隙能量比In_0.5(Al_0.6Ga_0.4)_0.5P大的材料用于p型包层223是困难的。特别是，在图2的发光二极管中，为了抑制来自发光层222的载流子的溢流，p型包层223的膜厚必须为几百nm，为了使这样膜厚的结晶生长，必须使用晶格常数与GaAs和In_0.5(Al_0.4Ga_0.6)_0.5P接近的材料。但是，本发明人通过实验，独自得知：能够在p型包层223中使用In_rGa_1-rN(0＜r≤1)。其原因与在第一实施例中说明的一样。

在以上说明的图2的半导体发光元件中，使p型包层223的膜厚为200nm，根据本发明人的实验，如果该膜厚为约100nm以上，能够得到改善发光效率的效果。

而且，在图2的半导体发光元件中，使n型包层221成为n型In_0.5(Al_0.6Ga_0.4)_0.5P，但是，也可以使其为InGaN。在此情况下，进一步提高了抑制来自发光层222的电子的溢流的效果，但是，引起了由晶格失配而产生的结晶特性的变差，因此，发光效率与图2的半导体发光元件为同等程度。

而且，在图2的半导体发光元件中，在元件形成后，剥离GaAs衬底210，在衬底210与包层221之间插入由AlP/GaP等组成的多层反射膜。这样，没有由GaAs衬底210所产生的光吸收，而能够得到发光效率更高的半导体发光元件。

(第三实施例)

第三实施例是把本发明用于作为半导体发光元件的激光二极管(LD)中，如从图3所看到的那样，在GaAs系LD中使用n型InGaN包层303、p型InGaN包层309。

图3是本发明的第三实施例的半导体发光元件的断面构造图。该半导体发光元件是使用由n型GaAs组成的衬底301所形成的GaAs系LD。在衬底301上依次形成：缓冲层302、由n型InGaN组成的第一n型包层303、由n型InAlGaP组成的第二n型包层304、由InAlGaP组成的第一引导层305、由MQW构造的InAlGaP/InAlGaP组成的有源层306、由InAlGaP组成的第二引导层307、由p型InAlGaP组成的第一p型包层308、由p型InGaN组成的第二p型包层309。而且，在第二p型包层309上有选择地形成有p型InAlGaP组成的第三包层310和由n型GaAs组成的电流阻挡层311，在其上形成由p型GaAs组成的p型接触层312。在该p型接触层312的图中上侧，形成成为一方电极的p侧电极320。而且，成为另一方的电极的n侧电极330形成在衬底301的图中下侧。而且，第一n型包层303和第二p型包层309的InGaN的结晶构造为闪锌构造。

在图3的GaAs系LD中，从n侧电极330和p侧电极320向有源层306注入电流。此时，n型包层303、304和p型包层308、309、310的带隙能量比有源层306大，在有源层306中进行封闭载流子的动作。而且，在电流阻挡层311中电流不会流动，该电流阻挡层311在第三包层310的下侧的有源层306中进行缩窄电流的动作。电流所注入的第三电流阻挡层311的下侧的有源层306发出振荡波长约680nm的激光。此时，第一引导层305和第二引导层307在有源层306中进行封闭激光的动作。

在图3的GaAs系LD中，在第一n型包层303和第二p型包层309中使用带隙能量高的InGaN，因此，能够在有源层306的周边封闭光和电流，能够实现量子效率高的LD。

与此相对，在现有技术中，在第一n型包层303和第二p型包层309中使用带隙能量比InGaN低的InAlGaP。这是因为：与第二实施例相同，从晶格匹配和结晶生长温度的观点上看，使用带隙能量比InGaAlP大的材料是困难的。但是，本发明人通过实验独自得知：能够在p型包层中使用In_sGa_1-sN(0＜s≤1)。其原因与在第一实施例中说明的一样。

在以上说明的图3的半导体发光元件中，在有源层306中使用InAlGaP，但是，也可以根据振荡波长而使用不同的材料。例如，当振荡波长为680nm时，可以使用InGaP，当振荡波长为780nm时，可以使用AlGaAs，当振荡波长为860nm时，可以使用GaAs，当振荡波长为980nm时，可以使用InGaAs，等等。这些材料都可以形成在GaAs衬底301上。

而且，在图3的半导体发光元件中，在衬底301中使用了GaAs，但是，也可以使用GaN。在此情况下，衬底301、缓冲层302、第一n型包层303的结晶构造为纤维锌矿构造，在图中从第一n型包层303以上的层为闪锌构造。在该构造中，由于第一n型包层303和第二p型包层309的结晶构造不同，就能利用它们的带隙差以及折射率差等，来谋求激光特性的改善。

(第四实施例)

第四实施例是本发明用于双异质结构造的GaAs系HEMT中，如从图4所看到的那样，在第一电子供给层403和第二电子供给层405中使用In_0.5Ga_0.5N。

图4是表示本发明的第四实施例的半导体元件的图。该半导体元件是使用由SI-GaAs组成的衬底401所形成的GaAs系HBT。在衬底401上形成：由不掺杂InGaAs组成的缓冲层402、由不掺杂InGaN组成的第一电子供给层403、由不掺杂InGaAs组成的沟道层404、由n型InGaN组成的第二电子供给层405、由n型InGaN组成的欧姆接触层406。而且，与欧姆接触层406相连接，形成由Au/Ti的层叠构造构成的作为欧姆电极的源极电极410和漏极电极411。而且，与第二电子供给层405相连接，形成由Au/Ni的层叠构造构成的作为肖特基电极的栅极电极412。而且，第二电子供给层405的膜厚为30nm，欧姆接触层406的膜厚为20nm。

图4的半导体元件是使用两个电子亲和力大的InGaAs和电子亲和力小的InGaN的异质结的双异质结构造的场效应晶体管。在图4的GaAs系HEMT中，在电子亲和力大的沟道层404中使电子通行。

图4的GaAs系HEMT的特征之一是：在第二电子供给层405和第一电子供给层403中使用电子亲和力小的In_0.5Ga_0.5N。由此，在图4的GaAs系HEMT中，能够增大电子供给层403、405与沟道层404的电子亲和力的差。其结果，能够通过沟道层404封闭很多的电子，而能够得到良好的夹断特性、高的相互导电性、栅极与漏极之间的高的耐压。

在以上说明的图4的GaAs系HEMT中，在电子供给层403、405中使用In_0.5Ga_0.5N，但是，也可以使In组成变化。但是，根据本发明人的实验，当使在电子供给层403、405中使用的InGaN的In组成为40％以上时，元件的特性特别好。对于其原因，本发明人考虑是因为：当象电子供给层403、405那样形成几十nm的薄的膜厚时，提高In组成的方案，结晶特性良好。

而且，在图4的HEMT中，在沟道层中使用InGaAs，但是，当使用GaAs、AlGaAs、InAlGaP、InGaAsP、GaSb、GaAsSb、GaNAs、InGaNAs、SiGe、HgCdTe等时，能够得到与本发明相同的效果。

而且，在图4中对双异质结构造进行了说明，但是，在单异质结构造的HEMT中，能够得到相同的效果。

Claims (22)

1.一种双极晶体管，其特征在于包括：

衬底；

形成在上述衬底上、由第一导电类型半导体构成的集电极层；

形成在上述集电极层上、由包含GaAs、InGaAs、AlGaAs、InAlGaP、InGaAsP、GaSb、GaAsSb、GaNAs、InGaNAs、SiGe、HgCdTe中一种材料的第二导电类型半导体构成的基极层；

形成在上述基极层上、包含带隙大于上述基极层的第一导电类型的In_pGa_1-pN(0＜p≤1)的发射极层。

2.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，上述集电极层包含GaAs、InGaAs、AlGaAs、InAlGaP、InGaAsP、GaSb、GaAsSb、GaNAs、InGaNAs、SiGe、HgCdTe中的一种材料。

3.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，上述衬底是GaAs衬底。

4.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，上述基极层包含GaAs、InGaAs、InGaNAs中的一种材料。

5.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，上述发射极层的结晶构造是闪锌构造。

6.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，上述发射极层的厚度为200nm以上。

7.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，进一步包括用于易于取得上述发射极层和发射极电极的欧姆接触的发射极接触层。

8.根据权利要求7所述的双极晶体管，其特征在于，上述发射极层和上述发射极接触层的合计厚度为200nm以上。

9.根据权利要求8所述的双极晶体管，其特征在于，上述发射极接触层包含In_qGa_1-qN(p＜q≤1)。

10.根据权利要求9所述的双极晶体管，其特征在于，上述发射极接触层的结晶构造是闪锌构造。

11.根据权利要求1所述的双极晶体管，其特征在于，上述第一导电类型是n型，上述第二导电类型是p型。

12.一种半导体发光元件，其特征在于包括：

由第一导电类型的半导体构成的第一导电类型包层；

形成在上述第一导电类型包层上并包含InaAlbGa_1-a-bAs_cP_1-c(0≤a≤1、0≤b≤1、0≤a+b≤1、0≤c≤1)，通过电流注入而发光的有源层；

形成在上述有源层上并包含第二导电类型的In_rGa_1-rN(0＜r≤1)的第二导电类型包层。

13.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第一导电类型包层由In_sGa_1-sN(0＜s≤1)组成。

14.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于，上述有源层包含InAlGaP。

15.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第一导电类型包层形成在GaAs衬底上。

16.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第二导电类型包层的膜厚为100nm以上。

17.根据权利要求12所述的半导体发光元件，其特征在于，上述第一导电类型是n型，上述导电类型为p型。

18.一种半导体元件，其特征在于包括：

由In_tGa_1-tN(0＜t≤1)构成的第一半导体层；

与上述第一半导体层形成异质结，包含电子亲和力小于上述第一半导体的GaAs、InGaAs、AlGaAs、InAIGaP、InGaAsP、GaSb、GaAsSb、GaNAs、InGaNAs、SiGe、HgCdTe中的一种材料的第二半导体层。

19.根据权利要求18所述的半导体元件，其特征在于，上述半导体元件是场效应晶体管，上述第一半导体层是电子供给层，上述第二半导体层是电子通行层。

20.根据权利要求19所述的半导体元件，其特征在于，包括2个以上上述第一半导体层与上述第二半导体层的异质结。

21.根据权利要求19所述的半导体元件，其特征在于，上述第一半导体层包含In_uGa_1-uN(0.4≤u≤1)。

22.根据权利要求19所述的半导体元件，其特征在于，上述第二半导体层包含InGaAs或者InGaNAs。

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