DE2658526A1

DE2658526A1 - Ladungsgekoppeltes uebertragungsbauelement

Info

Publication number: DE2658526A1
Application number: DE19762658526
Authority: DE
Inventors: Heiner Dr Herbst
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1976-12-23
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE2658526C2

Description

Ladungsgekoppeltes Übertragungsbauelement
Die vorliegende Erfindung betrifft ein ladungsgekoppeltes Übertragungsbauelement für Zwei-Phasen-Betrieb, mit einer Gallium-Arsenid-Schicht eines teitungstyps, die auf einem Träger aus vergleichsweise hochohmigem Material aufgebracht ist, mit zumindest einer auf der Gallium-Arsenid-Schicht aufgebrachten Reihe von, aus Sperrschichtkontakteii bestehenden Elektroden, die durch schmale Spalte voneinander getrennt sind, bei der der Gallium-Arsenid-Schichtbereich unter der Reihe seitlich gegen seine Umgebung elektrisch isoliert oder isolierbar ist.
Ein ladungsgekoppeltes Übertragungsbauelement ist aus dem Tagungsband der Intern. Oonference on Technology and Applications of Gharge-Coupled Devices, Edinburgh , 25.27.9.74, S. 270 bis 273 bekannt. Die Gallium-Arsenid-Schicht weist dort keine gleichmäßige Dicke auf, sondern ist so gestaltet, daß die aus Sperrschichtkontakten bestehenden Elektroden der Reihe nach abwechselnd auf dünnerer und dickerer Schicht liegen. Die Elektroden bestehen aus Schottky-Kontakten, die in einem selbstjustierenden Verfahren durch Aufdampfen hergestellt sind. Grundlage dieses selbstjustierenden Verfahrens ist ein spezieller Ätzschritt, der überhängende Ätzflanken erzeugt. Nach der Druckschrift weist jedoch ein solches Halbleiterbauelement den Nachteil auf, daß ein durch die Schottky-Elektroden erzeugter Leckstrom Ladungen in den Übertragungskanal injiziert, und dadurch die untere Grenzfrequenz für die Verschiebetakte erheblich heraufgesetzt wird. Es wird dabei eine Verschlechterung von etwa zwei Größenordnungen gegenüber herkömmlichen Übertragungsbauelementen auf Siliziumgrundlage angenommen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Übertragungsbauelement der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß niedrigere Grenzfrequenzen erreicht werden können.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß unter jeder Elektrode eine semi-isolierende Schicht unmittelbar an der Oberfläche der Gallium-Arsenid-Schicht vorhanden ist, die sich in Reihenlängsrichtung nur über eine Elektrodenhälfte erstreckt und deren Schichtdicke kleiner als die Schichtdicke der Gallium-Arsenid-Schicht ist. Die semi-isolierende Schicht verhindert das Fließen eines Leckstromes, wodurch ein solcher nur noch bei der anderen Elektrodenhälfte fließen kann. Es wird also auf diese Weise der für hohe untere Grenzfrequenzen verantwortliche Leckstrom erheblich vermindert. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des angegebenen Übertragungsbauelementes liegt darin, daß die Gallium-Arsenid-Schicht gleichmäßige Dicke aufweisen darf. Die Oberfläche der Gallium-Arsenid-Schicht braucht daher nicht mehr geätzt zu werden.
Bevorzugterweise ist die semi-isolierende Schicht eine ionenimplantierte Schicht.
Bevorzugterweise besteht der Träger aus semi-isolierendem Gallium-Arsenid. Vorzugsweise besteht dabei die Gallium-Arsenid-Schicht aus einer epitaktischen Schicht.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figur näher erläutert.
Die Figur zeigt in einem Querschnitt längs der Reihe einen Ausschnitt durch das Ausführungsbeispiel.
In der Figur befindet sich auf dem Träger 1 aus semi-isolierendem Gallium-Arsenid die Gallium-Arsenid-Schicht 2 aus ndotiertem Gallium-Arsenid mit der Schichtdicke d.Diese Schicht trägt eine Reihe von Schottky-Kontakten 31 bis 34, die durch schmale Spalte 35 bis 37 voneinander getrennt sind.
Die Elektroden 31 und 33 sind an eine erste Taktleitung 4 und die Elektroden 32 und 34 an eine zweite Taktleitung 5 angeschlossen. Unter jeder Elektrode ist unmittelbar an der Oberfläche der Gallium-Arsenid-Schicht eine der semi-isolierenden Schichten 61 bis 64 angeordnet. Jede dieser Schichten erstreckt sich in Reihenlängsrichtung nur über eine Hälfte der Elektroden. Hier sind es die linken Elektrodenhälften.
Die Schichtdicke einer jeden dieser semi-isolierenden Schichten ist geringer als die Schichtdicke d der Gallium-Arsenid-Schicht 2.
Das Übertragungsbauelement wird in Zwei-Phasen-Betrieb betrieben. Für die definierte Verschieberichtung sind die semi-isolierenden Schihten 61 bis 64 verantwortlich. Dies soll im folgenden näher erläutert werden. An die Taktleitung 4 sei die rechts daneben gezeichnete Taktspannung ~ 1 und an die Taktleitung 5 die rechts daneben gezeichnete Taktspannung angelegt. Beide Takt spannungen sind auf ein Bezugspotential UO, das an die Gallium-Arsenid-Schicht über einen dafür vorgesehenen Anschlußkontakt angelegt ist, bezogen. Zum Zeitpunkt T1 liegt an der Leitung 5 eine gegenüber dem Bezugspotential so große negative Spannung, daß unter den Elektroden 32 und 34 die Gallium-Arsenid-Schicht 2 von Elektronen völlig ausgeräumt ist. Die Schichtdicke d der Gallium-Arsenid-Schicht muß dabei so klein gewählt werden, daß die an der Leitung 5 anliegende Spannung betragsmäßig kleiner als die Durchbruchspannung des Schottky-Kontaktes ist. An der Taktleitung 4 liegt eine betragsmäßig kleinere Spannung an, deren Betrag so klein zu wählen ist, daß die von ihr unter den Elektroden 31 und 33 erzeugte Majoritätsträger-Verarmungsschicht sich nicht über die gesamte Schichtdicke d erstreckt. Für eine spezielle Spannung ist die Begrenzung dieser Majoritätsträger-Verarmungsschicht durch die gestrichelt gezeichneten Kurven 71 und 73 eingezeichnet. Die Begrenzung weist einen stufenförmigen Verlauf auf, der dadurch zustandekommt, daß die Maåoritätsträger-Verarmungsschicht unter den semi-isolierenden Schichten 61 und 63 tiefer in den Streifen eindringt. Dadurch ist die Übertragungsrichtung nach rechts festgelegt.
Das Ausführungsbeispiel läßt sich vorteilhafterweise folgendermaßen herstellen: Auf den Träger aus semi-isolierendem Gallium-Arsenid wird die n-dotierte Gallium-Arsenid-Schicht 2 epitaktisch erzeugt. Sie kann aber auch beispielsweise durch Ionenimplantationhergestellt werden. Anschließend werden die semiisolierenden Schichten 61 bis 64 in einem Maskenschritt mittels Protonen- oder Ionenbeschuß hergestellt, wobei neben Wasserstoffionen auch andere Ionen implantiert werden können.
Besonders geeignet sind z.B. auch Chromionen, die bekanntlich tiefe Störstellen in Gallium-Arsenid bilden. In einem zweiten Maskensohritt werden anschließend die Schottky-Kontakte mittels Metallbedampfung hergestellt. Mit diesem Schritt können auch die Leitungen 4 und 5 hergestellt werden.
Da es sich bei den Informationsladungsträgern um Elektronen -allgemein Majoritätsträger - handelt, muß der übertragungskanal seitlich gegen seine Umgebung elektrisch isoliert oder isolierbar gemacht werden. Dies kann zum einen durch Inselätzung, zum anderen durch einen Guardring, wie er in der eingangs genannten Druckschrift angegeben ist, geschehen. Der Übertragungskanal kann auch in semi-isolierendes Material eingebettet sein.
4 Patentansprüche 1 Figur L e e r s e i t e

Claims

Patentansprüc h e iadungsgekoppeltes übertragungsbauelement für Zwei-Phasen-Betrieb, mit einer Gallium-Arsenid-Schicht eines Beitungstyps, die auf einem Träger aus vergleichsweise hochohmigem Material aufgebracht ist, mit zumindest einer auf der Gallium-Arsenid-Schicht aufgebrachten Reihe von, aus Sperrschichtkontakten bestehenden Elektroden, die durch schmale Spalte voneinander getrennt sind, bei der der Gallium-Arsenid-Schichtbereich unter der Reihe-seitlich gegen seine Umgebung elektrisch isoliert oder isolierbar ist, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß unter jeder Elektrode eine semi-isolierende Schicht (61 bis 64) unmittelbar an der Oberfläche der Gallium-Arsenid-Schicht vorhanden ist, die sich in Reihenlängsrichtung nur über eine Elektrodenhälfte erstreckt und deren Schichtdicke kleiner als die Schichtdicke der Gallium-Arsenid-Schicht ist.
2. Iadungsgekoppeltes Übertragungsbauelement nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die semi-isolierende Schicht eine ionenimplantierte Schicht ist.
3. Ladungsgekoppeltes Übertragungsbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger aus semi-isolierendem Gallium-Arsenid besteht.
4. Iadungsgekoppeltes Übertragungsbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t daß die Gallium-Arsenid-Schicht aus einer epitaktischen Schicht besteht.