DE19717500A1 - Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) mit hoher Modulationseffektivität - Google Patents
Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) mit hoher ModulationseffektivitätInfo
- Publication number
- DE19717500A1 DE19717500A1 DE19717500A DE19717500A DE19717500A1 DE 19717500 A1 DE19717500 A1 DE 19717500A1 DE 19717500 A DE19717500 A DE 19717500A DE 19717500 A DE19717500 A DE 19717500A DE 19717500 A1 DE19717500 A1 DE 19717500A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- layer
- heterostructure
- effect transistor
- transistor according
- undoped
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910000927 Ge alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract 15
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract 15
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims description 24
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 11
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims 9
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 9
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 claims 2
- 108090000699 N-Type Calcium Channels Proteins 0.000 claims 2
- 102000004129 N-Type Calcium Channels Human genes 0.000 claims 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 2
- 108010075750 P-Type Calcium Channels Proteins 0.000 claims 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000037230 mobility Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ge] Chemical compound [Si].[Ge] LEVVHYCKPQWKOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1025—Channel region of field-effect devices
- H01L29/1029—Channel region of field-effect devices of field-effect transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7782—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with confinement of carriers by at least two heterojunctions, e.g. DHHEMT, quantum well HEMT, DHMODFET
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft Heterostruktur-Feldeffekttransistoren mit hoher
Modulationseffektivität nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die neuen Anwendungsgebiete der modernen Kommunikationselektronik
erfordern die Ausnutzung immer höherer Frequenzbereiche. Hieraus erwachsen
ständig neue Anforderungen an integrierte Schaltkreise, die die Grundelemente
moderner Systeme sind. Als Folge resultiert die Forderung zur Entwicklung
neuartiger Transistoren mit geringem Rauschen und verbesserter
Leistungsverstärkung bei immer höheren Arbeitsfrequenzen. Mit der
Entwicklung eines AlGaAs/GaAs Heterostruktur-Feldeffekttransistors (HFET)
stellten Mimura et al. (A new field-effect transistor with selectively doped
GaAs/n-Al(x)Ga(1-x)As heterojunctions.-Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 19(5), pp.225-
27, 1980) erstmalig einen völlig neuen Transistortyp vor. Dabei wird ein von
Dingle et al. (Electron mobilities in modulation-doped semiconductor
heterojunction superlaffices.- Appl. Phys. Lett., Vol. 33(7), pp. 665-67, 1987)
experimentell vorgestelltes Konzept eines HFET's mit Modulationsdotierung - in
diesem Falle ist auch die Bezeichnung MODFET gebräuchlich- zur Herstellung
neuartiger, schneller Transistoren verwendet. Darin ist eine gezielte Ausnutzung
eines an einem Heteroübergang auftretenden Quanteneffekts im aktiven
Kanalgebiet für den Ladungsträgertransport in einem sogenannten
zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) und die auf Grund der räumlichen
Trennung freier Ladungsträger im Kanalgebiet und ortsfester, ionisierter
Störstellenrümpfe im Dotierbereich einer Versorgungsschicht reduzierten
Coulomb-Streuprozesse gegenüber dem reinen Halbleiterkristall erheblich
verbesserten Transporteigenschaften, insbesondere die sehr hohen
Beweglichkeitswerte bei gleichzeitig hoher Ladungsträgerkonzentrationen von
Bedeutung.
Dieser Transistortyp auf der Grundlage der Halbleitermaterialien Silicium (Si)
und Silicium-Germanium Legierungen (Si/Ge) ist als p-leitender Typ aus einer
Veröffentlichung bekannt (T.P. Pearsall et al.: GexSi1-x modulation doped p
channel field-effect transistor.- Proc. 1st Intern. Symp. on Silicon MBE, Vol. 85-7,
pp. 400-405, May 1985, Toronto, Canada; Ed. J.C. Bean, Electrochem. Soc.,
Pennington, N.J.). Der dort angegebene MODFET enthält eine Halbleiter-
Schichtenfolge, bestehend aus Wechsellagen aus Silicium und Silicium-
Germanium Legierungen, die den Aufbau eines p-MODFET's mit einem p
leitenden Kanal ermöglichen. Dieser Kanal ist durch eine gezielte Beeinflussung
der Bandstruktur im Halbleitermaterial ebenfalls räumlich eng begrenzt und wird
als sogenanntes zweidimensionales Löchergas (2DHG) bezeichnet.
Außerdem bekannt sind n-leitende MODFET's, die auf derselben Grundlage von
Si und Si/Ge Halbleitermaterial basieren (US 47 10 788; EP 02 28 516 B1;
DE 37 31 000 C2 und DE 41 01 167 A1). In den Schriften US 47 10 788 und
EP 02 28 516 B1 wird durch einen Heteroübergang einer SixGe1-x/Si-
Halbleiterschichtfolge ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) erzeugt.
Dabei werden Elektronen im wesentlichen innerhalb der Si-Halbleiterschicht
geführt.
Die Schriften DE 37 31 000 C2, DE 41 01 167 A1 und EP 06 83 522 A2 zeigen
Verwendungsmöglichkeiten und Varianten integrierter Halbleiteranordnungen,
die aus p-Kanal und n-Kanal HFET's aufgebaut sind, einschließlich der Abfolge
der einzelnen Halbleiterschichten.
Ebenfalls in der Schrift US 4710788 sind Heteroschichtfolgen mit mehreren
2DEG Kanälen enthalten, die jedoch zwischen benachbarten Kanälen immer
einen hochdotierten Bereich aufweisen. Genau diese übereinanderliegenden
hochdotierten Bereiche schirmen sich gegenseitig ab, so daß ein Steuern der
leitenden Kanäle durch das Gate nur noch eingeschränkt möglich ist.
Bei der Ausführung eines Transistors mit nur einem Kanal tritt dieser
Abschirmeffekt nicht auf, jedoch ist die Leitung lediglich auf eine Zone des
zweidimensionalen Ladungsträgergases beschränkt. Zudem ist der Anzahl der in
einem Kanal befindlichen Ladungsträger ns und damit auch einer Verbesserung
der Transistoreigenschaften eine natürliche Grenze gesetzt. Eine die Transistor
eigenschaften bestimmende Größe ist die sogenannte Modulationseffektivität
(Foisy, M.C. et al., IEEE Trans. Electr. Dev., Vol. 35, No. 7, pp. 871-77, 1988),
die ein Maß für die im zweidimensionalen Ladungsträgergas mit hoher
Beweglichkeit vorhandenen Ladungsträger ist. Wichtige Transistoreigenschaften
wie Grenzfrequenz, Steilheit und Transitfrequenz werden durch eine Erhöhung
der Modulationseffektivität positiv beeinflußt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Heterostruktur-Feldeffekttransistor (n-HFET oder p-HFET) mit einer
Heterostruktur-Schichtenfolge anzugeben der gegenüber dem Stand der Technik
insgesamt eine Verbesserung der Transistoreigenschaften bewirkt.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.
In der Heterostruktur-Schichtenfolge sind im n-HFET mehrere Zonen mit
ausgebildetem 2DEG oder im p-HFET mehrere Zonen mit ausgebildetem 2DHG
enthalten, die durch ein Transistorgate oder auch mehrere Transistorgates
ansteuerbar sind, ohne sich gegenseitig abzuschirmen. Gleichzeitig stehen durch
mehrere Kanäle auch mehr Ladungsträger ns mit hoher Beweglichkeit zur
Verfügung.
Damit hat die Erfindung den Vorteil, daß über den Stand der Technik hinaus
bedeutend höhere Transistorsteilheiten erzielt werden, die besonders in
integrierten Schaltungen kürzere Schaltzeiten erwarten lassen. Zudem lassen sich
auch weitere für die Hochfrequenztechnik besonders wichtige Eigenschaften wie
Transitfrequenz und die Grenzfrequenz steigern.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter
Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen der folgenden Figuren näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch einen Querschnitt durch einen Zweikanal
HFET zur Erläuterung der Schichtenfolge,
Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch einen HFET, der als
Zweikanal n-MODFET ausgebildet ist,
Fig. 3 eine Simulationsrechnung des Bandstrukturverlaufs und der Elek
tronenkonzentration des Zweikanal n-MODFET gemäß Fig. 2,
Fig. 4 schematisch einen Querschnitt durch einen HFET, der als
Zweikanal p-MODFET ausgebildet ist.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist eine Schichtfolge eines HFET's
dargestellt. Als Substrat I wird in der Halbleiterherstellung gebräuchliches
einkristallines Silicium der Orientierung (100) verwendet, das einen spezifischen
Widerstand von beispielsweise 103 Ωcm besitzt. Damit werden störende
parasitäre Kapazitäten und Leckströme im Substratmaterial verhindert. Auf dem
Si-Substrat wird z. B. mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie (MBE) die
Schichtenfolge ganzflächig aufgewachsen. Zur Einstellung der elektrischen
und/oder mechanischen Eigenschaften der leitenden Kanäle folgt auf dem
Substrat zunächst eine Pufferschicht 2, beispielsweise bestehend aus undotiertem
Si0,7Ge0,3. Die gesamte Pufferschicht 2 besitzt eine Dicke von ungefähr 1 µm. Sie
bewirkt, daß Kristalldefekte bevorzugt an der vom Substrat 1 zum Puffer 2
gebildeten Grenzschicht lokalisiert sind und eine durch die Zusammensetzung der
SixGe1-x-Legierung genau mechanische Spannungsverteilung für die
nachfolgenden Halbleiterschichten entsteht. Darauf folgt eine erste
Versorgungsschicht 3, die beispielsweise bis 10 nm unter die Schichtoberfläche
mittels Bor p-dotiert ist. Diese Schicht dient zur Schwellspannungseinstellung des
Transistors.
Auf die erste Versorgungsschicht 3 folgt das Schichtpaket 4, bestehend aus einer
ungefähr 5 nm dicken undotierten Si-Schicht 41, in der sich der gewünschte
zweidimensionale Elektronenkanal ausbildet, sowie eine darauf aufgebrachte
ungefähr 3 mm dicke Si0,7Ge0,3 Schicht 42, die ebenfalls undotiert ist. Durch
Wiederholung der zwei Schichten 41 und 42 werden weitere Elektronenkanäle
zur Leitung bereitgestellt. Die Schichten 41 und 42 sind in ihrer Dicke und
Zusammensetzung unterhalb der sogenannten kritischen Schichtdicke für die
verwendeten Wachstumsparameter. Auf das Schichtpaket 4 wird eine zweite
Versorgungsschicht 5, beispielsweise der Zusammensetzung Si0,7Ge0,3
aufgebracht. Diese zweite Versorgungsschicht 5 könnte auch aus einer SixGe1-x-
Legierung aufgebaut sein, deren Ge-Gehalt sich fortlaufend verringert. Der Ge-
Gehalt ist dann an der Grenzfläche zur zweiten Versorgungsschicht 5 mit 30
Atomprozent am höchsten und verringert sich mit zunehmender Schichtdicke bis
zu ungefähr Null Atomprozent. Durch eine kontinuierliche Verringerung des Ge-
Gehaltes wird ein Leitungsbandsprung im Übergang zur Abdeckschicht 6
vermieden.
Eine Abdeckschicht 6 aus undotiertem Silicium, die eine Dicke von ungefähr
5 nm besitzt, schließt die Heterostruktur-Schichtenfolge ab. Auf der Schicht 6
sind die für einen Feldeffekttransistor erforderlichen Kontakte 11, 12 und 13
aufgebracht. Der Abstand der Steuerelektrode 12 vom obersten n-leitenden Kanal
kann durch eine Verringerung der Schichtdicke der Abdeckschicht 6 erreicht
werden. Durch einen Ätzvorgang kann dies auch lokal im Bereich der
Steuerelektrode 12 sein. Eine Ionenimplantation 10, die im Bereich der Source-
und Drainanschlüsse 11 und 13 von der Schicht 2 bis 6 reicht, gewährleistet einen
niederohmigen Kontakt der beiden Elektroden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist wiederum auf einem Substrat 1 eine
Pufferschicht 2 aufgewachsen. In die darauffolgende erste Versorgungsschicht 3
wird beispielsweise mit Antimon eine dünne (ca. 2 nm) räumlich begrenzte n-
Dotierung 8 eingebracht, durch die eine erhöhte Elektronenkonzentration in den
Kanälen bewirkt wird. In diesem Fall kann aufgrund der vorhandenen n-
Dotierung 8 auf eine p-Dotierung 7 zur Schwellspannungseinstellung in der
Versorgungsschicht 3 verzichtet werden. Auf die erste Versorgungsschicht 3
folgt analog zum ersten Beispiel das Schichtpaket mit beispielsweise zwei n
leitenden Kanälen. Innerhalb einer zweiten Versorgungsschicht 5 befindet sich
analog zur ersten Versorgungsschicht 3 eine n-dotierte Zone 9, die sich nahe an
der Grenzfläche zur Schicht 4 befindet, diese jedoch nicht berührt. Auch diese
Dotierung 9 hat den Zweck in den Kanälen für eine Erhöhung der
Elektronenkonzentration zu sorgen. Wiederum folgt analog zum ersten Beispiel
eine Abdeckschicht 6, auf die die Steuerelektroden des Transistors aufgebracht
sind.
Fig. 3 zeigt eine Simulationsrechnung des Bandstrukturverlaufs und der
Elektronenkonzentration des Zweikanal n-MODFET's gemäß Fig. 2. Gezeigt ist
der Verlauf des Leitungsbandes Ec und des Valenzbandes Ev in Bezug auf das
Ferminiveau EF. Im Leitungsbandverlauf sind die zwei durch die
Heterostrukturschichtfolge entstehenden Kanäle des zweidimensionalen DEG,
die durch die Schicht 41 und 42 erzeugt werden, zu erkennen. Die am
Leitungsband beschrifteten Bezugszeichen entsprechen denjenigen der Fig. 2. Die
mit der Heterostrukturschichtfolge erzielte Erhöhung der Modulationseffektivität
belegt die Elektronenkonzentration n(x), die in den Kanälen zwei deutliche
Maxima 14 und 15 aufweist. Die Ladungsträger die sich innerhalb der Kanäle
bewegen weisen eine höhere Ladungsträgerbeweglichkeit gegenüber den
Ladungsträgern 16, die im Bereich der Dotierungsschicht 8 fließen. Der nahe der
Oberfläche durch den Kontakt der Schichten 5 und 6 erzeugte
Leitungsbandsprung ist für die elektrischen Eigenschaften des Transistors ohne
Bedeutung, da dort der Bandverlauf hoch über dem Ferminiveau liegt und somit
dort nur eine ausgesprochen geringe Elektronenkonzentration vorliegt. Der im
Schichtaufbau als Alternative vorgeschlagene abnehmende Ge-Gehalt in der
Schicht 5 bewirkt, daß gegebenenfalls der Leitungsbandsprung ganz eliminiert
wird. Zudem ergibt sich am Verlauf der dargestellten Elektronenkonzentration,
daß die dotierte Zone 9 in Schicht 5 nur gering mit Ladungsträgern besetzt ist und
damit in einer Variante auf diese Dotierung 9 auch ganz verzichtet wird.
In Fig. 4 ist die Schichtenfolge eines p-MODFET's dargestellt. Als Substrat 1
wird wiederum einkristallines Silicium der Orientierung (100) verwendet, das
einen spezifischen Widerstand von beispielsweise 103 Ωcm besitzt. Auf dem Si-
Substrat folgt, beispielsweise mit Hilfe der Molekularstrahlepitaxie (MBE)
aufgewachsen, zur Einstellung der elektrischen und/oder mechanischen
Eigenschaften der leitenden Kanäle auf dem Substrat, zunächst eine Pufferschicht
2, bestehend aus einer undotierten SixGe1-x-Legierung einer Gesamtdicke von
beispielsweise 4000 nm, deren Ge-Gehalt beispielsweise fortlaufend ansteigt. Der
Ge-Gehalt ist an der Grenzfläche zum Substrat 1 mit ungefähr 5 Atomprozent am
geringsten und wächst über die Schicht auf ca. 70 Atomprozent an. Darauf folgt
eine erste Versorgungsschicht 3 einer Dicke von ca. 500 nm mit konstantem Ge-
Gehalt von 70 Atomprozent. Innerhalb dieser Versorgungsschicht 3 wird
beispielsweise mit Bor eine dünne (ca. 2 nm) räumlich begrenzte p-Dotierung 8
eingebracht. Auf die erste Versorgungsschicht 3 folgt das Schichtpaket,
bestehend aus einer ungefähr 3 nm dicken undotierten Si0,3Ge0,7 Schicht 41, sowie
eine darauf aufgebrachte ungefähr 5 nm dicken Si0,1Ge0,9 Schicht 42, in der sich
der gewünschte zweidimensionale Löcherkanal ausbildet, die ebenfalls undotiert
ist. Die Schichten 41 und 42 wiederholen sich ein weiteres Mal, so daß sich ein
zweiter zweidimensionaler Löcherkanal ausbildet. Durch mehrfache
Wiederholung der zwei Schichten 41 und 42 könnten weiter Löcherkanäle zur
Leitung bereitgestellt werden. Auf Schicht 42 wird eine zweite
Versorgungsschicht der Zusammensetzung Si0,3Ge0,7 aufgebracht, mit einer
ungefähren Dicke von 20 nm. Eine Deckschicht 6 aus undotiertem Silicium, die
eine Dicke von ungefähr 5 nm besitzt, schließt die Heterostruktur-Schichtenfolge
ab. Auf der Schicht 6 sind die für einen Feldeffekttransistor erforderlichen
Kontakte 11, 12 und 13 analog zum Beispiel 1 aufgebracht.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele beschränkt,
sondern ist sinngemäß auf weitere anwendbar. Beispielsweise ist es denkbar, auch
mit anderen Materialien, wie beispielsweise GaAs/GaAlAs, eine dem
Erfindungsgegenstand vergleichbare Heteroschichtstruktur zu bilden.
Claims (17)
1. Heterostruktur-Feldeffekttransistoren mit hoher Modulationseffektivität, bei
denen auf einem Halbleitersubstrat (1) eine Heterostruktur-Schichtenfolge (2, 3,
4, 5, 6) aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Schichtpaket (4) der Heterostruktur-Schichtenfolge (2, 3, 4, 5, 6) aus
mehreren undotierten Schichten (41, 42) besteht und durch mindestens zwei
Heteroübergänge mindestens zwei n-leitende Kanäle (n-HFET) oder p-leitende
(p-HFET) Kanäle gebildet werden.
2. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein hochohmiges Siliciumsubstrat (1) mit einem
spezifischen Widerstand von mindestens 102 Ωcm verwendet wird.
3. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heterostruktur-Schichtenfolge (2, 3, 4, 5, 6) im Falle
eines n-HFET's
- - aus einer auf einem Siliciumsubstrat (1) aufgebrachten Puffer schicht (2), aus einer ersten Si/Ge-Legierung besteht,
- - darauf eine erste Versorgungsschicht (3) aus einer zweiten Si/Ge-Legierung aufgebracht ist
- - darauf eine undotiertes Schichtpaket (4), bestehend aus mehreren Wechsellagen einer undotierten Siliciumschicht (41) und einer undotierten Schicht aus einer dritten Si/Ge-Legierung (42) aufgebracht ist, so daß mehrere Heteroübergänge entstehen und 50 mehrere n-leitende Kanäle gebildet werden,
- - darauf eine zweite Versorgungsschicht (5) aus einer vierten Si/Ge-Legierung folgt,
- - darauf eine undotierte Abdeckschicht (6) aus Silicium die Heterostruktur-Schichtenfolge (2, 3, 4, 5, 6) abschließt,
- - auf der Abdeckschicht (6) die Steuerelektrode (12), einen Schottkykontakt bildet, oder die Steuerelektrode als MOS-Kontakt, bestehend aus einem Oxid und einer Metallschicht ausgebildet ist.
4. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Versorgungsschicht (3) eine p-Dotierung (7) mit
1014 bis 1016 Atome pro cm3 zur Schwellspannungseinstellung besitzt, die von der
Schichtoberfläche 2 bis 10 nm entfernt ist.
5. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Germaniumgehalt der ersten Pufferschicht (2) und der
ersten Versorgungsschicht (3) im Bereich von 20 bis 50 Atomprozent liegt und
bevorzugt 30 bis 40 Atomprozent beträgt.
6. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Versorgungsschicht (3) eine
erste n-Dotierung (8) enthält, die von der Schichtoberfläche 2 bis 10 nm entfernt
ist und dann auf eine p-Dotierung (7) der Pufferschicht verzichtet wird.
7. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Germaniumgehalt der undotierten dritten Si/Ge-
Legierung (42) im Bereich von 20 bis 50 Atomprozent liegt.
8. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Germaniumgehalt der zweiten Versorgungsschicht (5)
im Bereich von 20 bis 60 Atomprozent liegt und bevorzugt 30 bis 40
Atomprozent beträgt.
9. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Versorgungsschicht (5) eine
zweite n-Dotierung (9) enthält, die von der Schichtunterseite 2 bis 10 nm entfernt
ist.
10. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heterostruktur-Schichtenfolge (2, 3, 4, 5, 6) im Falle
eines p-HFET's
- - aus einer auf einem Siliciumsubstrat (1) aufgebrachten Puffer schicht (2), aus einer ersten Si/Ge-Legierung besteht,
- - darauf eine erste Versorgungsschicht (3) aus einer zweiten Si/Ge-Legierung aufgebracht ist,
- - darauf eine undotierte Multiheterostruktur, bestehend aus mehreren Wechsellagen einer undotierten Schicht aus einer dritten Si/Ge- Legierung (41) und einer undotierten Schicht aus einer vierten Si/Ge- Legierung (42) mit höherem Ge-Anteil aufgebracht ist, so daß durch mehrere Heteroübergänge mehrere p-leitende Kanäle gebildet werden,
- - darauf eine zweite Versorgungsschicht (5) aus einer fünften Si/Ge-Legierung folgt,
- - darauf eine undotierte Abdeckschicht (6) aus Silicium die Heterostruktur-Schichtenfolge (2, 3, 4, 5, 6) abschließt,
- - auf der Abdeckschicht (6) die Steuerelektrode (12), einen Schottkykontakt bildet, oder die Steuerelektrode als MOS-Kontakt, bestehend aus einem Oxid und einer Metallschicht ausgebildet ist.
11. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Versorgungsschicht (3) eine n-Dotierung (7) mit
1014 bis 1016 Atome pro cm3 zur Schwellspannungseinstellung besitzt, die von der
Schichtoberfläche 2 bis 10 nm entfernt ist.
12. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Germaniumgehalt der Pufferschicht (2) von 5 bis 100
Atomprozent liegt und kontinuierlich mit zunehmendem Abstand vom Substrat
von 5 Atomprozent bis zum Maximalwert ansteigt und die erste
Versorgungsschicht (3) einen konstanten Germaniumgehalt des erreichten
Maximalwertes der ersten Pufferschicht (2) besitzt.
13. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Versorgungsschicht (3) eine
erste p-Dotierung (8) enthält, die von der Schichtoberfläche 2 bis 10 nm entfernt
ist und dann auf eine n-Dotierung der Versorgungsschicht 3 verzichtet wird.
14. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Germaniumgehalt der undotierten dritten Si/Ge-
Legierung (41) im Bereich von 50 bis 90 Atomprozent und der Germaniumgehalt
der undotierten vierten Si/Ge-Legierung (42) im Bereich von 60 bis 100
Atomprozent liegt.
15. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Germaniumgehalt der zweiten Versorgungsschicht (5)
im Bereich von 5 bis 100 Atomprozent liegt, wobei der Germaniumgehalt mit
zunehmender Schichtdicke abnimmt.
16. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Versorgungsschicht (5) eine
zweite p-Dotierung (9) enthält, die von der Schichtunterseite 2 bis 10 nm entfernt
ist.
17. Heterostruktur-Feldeffekttransistor nach Anspruch 3 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Steuerelektrode (12) und dem
obersten leitenden Kanal einstellbar ist, indem zumindest die Schichtdicke der
Kontaktierungsschicht im Gatebereich verringert wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19717500A DE19717500A1 (de) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) mit hoher Modulationseffektivität |
FR9805149A FR2766619B1 (fr) | 1997-04-25 | 1998-04-24 | Transistors a effet de champ a heterostructure a efficacite de modulation elevee |
US09/066,559 US6015981A (en) | 1997-04-25 | 1998-04-27 | Heterostructure field-effect transistors (HFETs') with high modulation effectivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19717500A DE19717500A1 (de) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) mit hoher Modulationseffektivität |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19717500A1 true DE19717500A1 (de) | 1998-10-29 |
Family
ID=7827738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19717500A Withdrawn DE19717500A1 (de) | 1997-04-25 | 1997-04-25 | Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) mit hoher Modulationseffektivität |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US6015981A (de) |
DE (1) | DE19717500A1 (de) |
FR (1) | FR2766619B1 (de) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10360874B4 (de) * | 2003-12-23 | 2009-06-04 | Infineon Technologies Ag | Feldeffekttransistor mit Heteroschichtstruktur sowie zugehöriges Herstellungsverfahren |
US8497527B2 (en) * | 2008-03-12 | 2013-07-30 | Sensor Electronic Technology, Inc. | Device having active region with lower electron concentration |
US7968913B2 (en) * | 2008-12-08 | 2011-06-28 | National Semiconductor Corporation | CMOS compatable fabrication of power GaN transistors on a <100> silicon substrate |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US33693A (en) * | 1861-11-12 | Improved exhaust-fan | ||
US4194935A (en) * | 1978-04-24 | 1980-03-25 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Method of making high mobility multilayered heterojunction devices employing modulated doping |
US4797716A (en) * | 1984-04-04 | 1989-01-10 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Field-effect transistor having a superlattice channel and high carrier velocities at high applied fields |
DE3542482A1 (de) * | 1985-11-30 | 1987-06-04 | Licentia Gmbh | Modulationsdotierter feldeffekttransistor |
DE3731000C2 (de) * | 1987-09-16 | 1995-10-12 | Licentia Gmbh | Integrierte Halbleiteranordnung mit p-Kanal- und n-Kanal-Feldeffekttransistoren |
JPH02130933A (ja) * | 1988-11-11 | 1990-05-18 | Nec Corp | 電界効果トランジスタ |
JP2919581B2 (ja) * | 1990-08-31 | 1999-07-12 | 三洋電機株式会社 | 速度変調トランジスタ |
DE4101167A1 (de) * | 1991-01-17 | 1992-07-23 | Daimler Benz Ag | Anordnung und verfahren zur herstellung komplementaerer feldeffekttransistoren |
JP3259106B2 (ja) * | 1992-09-02 | 2002-02-25 | 富士通株式会社 | 高電子移動度電界効果半導体装置 |
US5323020A (en) * | 1992-12-22 | 1994-06-21 | International Business Machines Corporation | High performance MESFET with multiple quantum wells |
US5534713A (en) * | 1994-05-20 | 1996-07-09 | International Business Machines Corporation | Complementary metal-oxide semiconductor transistor logic using strained SI/SIGE heterostructure layers |
-
1997
- 1997-04-25 DE DE19717500A patent/DE19717500A1/de not_active Withdrawn
-
1998
- 1998-04-24 FR FR9805149A patent/FR2766619B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1998-04-27 US US09/066,559 patent/US6015981A/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
CHERTOUK,M. et.al.: Metamorphic InA1As/InGaAs HEMT's on GaAs Substrates with an Novel Composite Channels Design. In: IEEE Electron Device Letters, Vol. 17, No. 6, June 1996 * |
NAWAZ,Muhammad,JENSEN,Geir U.: Design of Active Phase Shifters Based on Multichannel Heterojunction Field Effect Transistors (MCHFET's). In: IEEE Transactions on Elctron Devices, Vol. 43, No. 11, Nov. 1996 * |
O'NEILL,A.G.,ANTONIADIS,D.A.: Deep Submicron CMOS Based on Silicon Germanium Technology. In: IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 43, No. 6, June 1996 * |
SHEALY,J.B. et.al.: High-Performance SubmicrometerGatelength GaInAs/InP Composite Channel HEMT's with Regrown Ohmic Contacts. In: IEEE Electron Device Letters, Vol. 17, No. 11. Nov. 1996 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2766619A1 (fr) | 1999-01-29 |
FR2766619B1 (fr) | 2003-06-20 |
US6015981A (en) | 2000-01-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0228516B1 (de) | Modulationsdotierter Feldeffekttransistor | |
DE102016114496B4 (de) | Halbleitervorrichtung, Transistoranordnung und Herstellungsverfahren | |
DE102013003283B4 (de) | Tunneltransistor und Verfahren | |
DE102005059231B4 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Verbindungshalbleiter-Feldeffekttransistors mit einer Fin-Struktur und Verbindungshalbleiter-Feldeffekttransistor mit einer Fin-Struktur | |
DE102005024684B4 (de) | Halbleitervorrichtung | |
DE69838307T2 (de) | Vertikal-Sperrschicht-Feldeffekttransistoren | |
DE2913068C2 (de) | ||
DE102016113735A1 (de) | Durchschlagfestes HEMT-Substrat und Bauelement | |
DE102016125865B4 (de) | Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements und Halbleiterbauelement | |
DE69835204T2 (de) | ENTWURF UND HERSTELLUNG VON ELEKTRONISCHEN ANORDNUNGEN MIT InAlAsSb/AlSb BARRIERE | |
DE3689433T2 (de) | Feldeffekttransistor. | |
DE112009002330T5 (de) | Leistungs-Mosfet mit einem verspannten Kanal in einer Halbleiter-Heterostruktur auf Metallsubstrat | |
DE3686089T2 (de) | Verfahren zur herstellung eines metall-halbleiter-feldeffekttransistors und dadurch hergestellter transistor. | |
DE102014118834A1 (de) | Halbleiterbauelement und Verfahren | |
DE10229003B4 (de) | Ein Verfahren zur Herstellung eines SOI-Feldeffekttransistorelements mit einem Rekombinationsgebiet | |
EP0307850B1 (de) | Si/SiGe-Halbleiterkörper | |
DE60225790T2 (de) | Halbleiterbauelement | |
DE60008047T2 (de) | Feldeffekt-Halbleiteranordnung | |
DE69121442T2 (de) | Halbleiteranordnungen mit einer Silizium/Silizium-Germanium-Heterostruktur und Verfahren zu deren Herstellung | |
DE102014116625B4 (de) | Vertikale Halbleitervorrichtung und Verfahren für deren Herstellung | |
DE102016104757B4 (de) | Halbleitertransistor und Verfahren zum Bilden des Halbleitertransistors | |
EP1772906A1 (de) | Hochvolt-Feldeffekttransistor und Verfahren zur Herstellung eines Hochvolt-Feldeffekttransistors | |
DE102013111966A1 (de) | Feldeffekthalbleiterbauelement und Verfahren zu dessen Herstellung | |
DE3787691T2 (de) | MOS-Feldeffekttransistor und Verfahren zu dessen Herstellung. | |
DE3780620T2 (de) | Halbleiterstruktur mit mehrschichtkontakt. |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DAIMLERCHRYSLER AG, 70567 STUTTGART, DE |
|
8141 | Disposal/no request for examination |