JP3299188B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3299188B2
JP3299188B2 JP18310498A JP18310498A JP3299188B2 JP 3299188 B2 JP3299188 B2 JP 3299188B2 JP 18310498 A JP18310498 A JP 18310498A JP 18310498 A JP18310498 A JP 18310498A JP 3299188 B2 JP3299188 B2 JP 3299188B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はIII−V族化合物
半導体装置において、オーミック電極形成時のコンタク
ト抵抗を低減するコンタクト層構造に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a contact layer structure for reducing a contact resistance when forming an ohmic electrode in a III-V compound semiconductor device.

【0002】換言すれば本発明は、高電子移動度トラン
ジスターを高速動作させる時に必要なソース抵抗の低減
を効果的に行うことができ、そのトランジスター特性を
向上することに利用することができる技術である。
In other words, the present invention is a technique that can be used to effectively reduce the source resistance required for high-speed operation of a high electron mobility transistor and to improve the transistor characteristics. is there.

【0003】[0003]

【従来の技術】一般的に、III−V族化合物半導体装
置はIII−V族化合物半導体の基板上に形成される。
最近では、高速動作のために、基板にInPを用い、そ
の上にInAlAs、InGaAs等から構成される高
電子移動度トランジスター構造を形成した半導体装置が
提案されている。
2. Description of the Related Art Generally, III-V compound semiconductor devices are formed on a III-V compound semiconductor substrate.
Recently, for high-speed operation, a semiconductor device has been proposed in which InP is used for a substrate and a high electron mobility transistor structure composed of InAlAs, InGaAs or the like is formed thereon.

【0004】高電子移動度トランジスターの基本的構成
を図1に示す。この高電子移動度トランジスターにおい
ては、InPからなる半絶縁性基板11上に、まず、ノ
ンドープのInAlAs半導体層12、ノンドープのI
nGaAs半導体層13、ノンドープのInAlAs半
導体層14、n型の不純物をバルクドーピングしたIn
AlAs半導体層15、ノンドープのInAlAs半導
体層16、n型不純物をバルクドーピングしたInAl
As半導体層17、n型不純物をバルクドーピングした
InGaAs半導体層18をそれぞれ順次堆積させると
ともに、これらのn型InAlAs半導体層17、n型
InGaAs半導体層18をノンドープのInAlAs
半導体層16上で、リセス溝によって二つの領域に分割
させ、かつ、前記のノンドープInAlAs半導体16
上に第一の電極として、ショットキー電極20、およ
び、ショットキー電極20を挟むように対向して、n型
InGaAs半導体層19上に第二の電極として各オー
ミック電極21、22をそれぞれ形成させてある。
FIG. 1 shows a basic structure of a high electron mobility transistor. In this high electron mobility transistor, first, a non-doped InAlAs semiconductor layer 12 and a non-doped I
nGaAs semiconductor layer 13, undoped InAlAs semiconductor layer 14, In doped with n-type impurities in bulk
AlAs semiconductor layer 15, non-doped InAlAs semiconductor layer 16, InAl doped with n-type impurities in bulk
An As semiconductor layer 17 and an InGaAs semiconductor layer 18 bulk-doped with n-type impurities are sequentially deposited, and the n-type InAlAs semiconductor layer 17 and the n-type InGaAs semiconductor layer 18 are non-doped InAlAs.
The semiconductor layer 16 is divided into two regions by a recess groove, and the non-doped InAlAs semiconductor 16 is formed.
A Schottky electrode 20 is formed thereon as a first electrode, and ohmic electrodes 21 and 22 are formed as a second electrode on the n-type InGaAs semiconductor layer 19 so as to sandwich the Schottky electrode 20 therebetween. It is.

【0005】前記の層構成の場合、ノンドープInAl
As半導体層12はバッファー層、ノンドープのInG
aAs半導体層13は電子走行層、ノンドープのInA
lAs半導体層14、16はそれぞれスペーサ層14及
びバリア層16、n型InAlAs半導体層15は電子
供給層、n型InAlAs半導体層17とn型InGa
As半導体層18は抵抗低減のためのコンタクト層とし
てそれぞれ作用し、かつ、ショットキー電極20につい
てはゲート電極、オーミック電極21、22はそれぞれ
ソース電極、ドレイン電極となる。
In the case of the above-mentioned layer structure, non-doped InAl
As semiconductor layer 12 is a buffer layer, undoped InG
aAs semiconductor layer 13 is an electron transit layer, non-doped InA
The lAs semiconductor layers 14 and 16 are a spacer layer 14 and a barrier layer 16, respectively, the n-type InAlAs semiconductor layer 15 is an electron supply layer, the n-type InAlAs semiconductor layer 17 and the n-type InGa
The As semiconductor layer 18 functions as a contact layer for reducing resistance, and the Schottky electrode 20 functions as a gate electrode, and the ohmic electrodes 21 and 22 function as a source electrode and a drain electrode, respectively.

【0006】高電子移動度トランジスターの電流利得遮
断周波数(ft)、伝導コンダクタンス(gm)を向上
させるためには、ソース抵抗を低減する必要がある。A
lGaAs/GaAs系の高電子移動度トランジスター
の場合には、AuGeと半導体の合金層をチャネル層ま
でシンターさせてオーミック電極を形成するが、図1に
示したInAlAs/InGaAs系の高電子移動度ト
ランジスターの場合には、InGaAsとAuGeが低
温で反応し、時として表面マイグレーションにより電極
間のショートを起こすために、オーミック電極の形成に
はノンアロイオーミック電極が用いられる。
In order to improve the current gain cut-off frequency (ft) and conduction conductance (g m ) of a high electron mobility transistor, it is necessary to reduce the source resistance. A
In the case of an lGaAs / GaAs high electron mobility transistor, an ohmic electrode is formed by sintering an alloy layer of AuGe and a semiconductor to the channel layer, but the InAlAs / InGaAs high electron mobility transistor shown in FIG. In this case, a non-alloy ohmic electrode is used to form an ohmic electrode because InGaAs and AuGe react at a low temperature and sometimes cause a short circuit between the electrodes due to surface migration.

【0007】ノンアロイオーミック電極を形成するため
には、n−InGaAsとバリア層であるノンドープの
InAlAsの界面に存在するバンド不連続(ΔEc)
を実効的に小さくする必要があり、この目的のためにn
型不純物をドーピングしたInAlAs半導体層17が
挿入されている。この層の挿入によって、InAlAs
層に伸びる空乏層厚が低減され、トンネル電流が増加す
ることによってコンタクト抵抗が低減する。しかし、低
抵抗化のために厚いn−InAlAs、n−InGaA
s層を用いると図中に示したキャップ層伝導32が支配
的となり、二次元電子ガスへのコンタクト伝導31が低
減する。このような状態では、コンタクト抵抗が電極間
距離に依存するようになるので、キャップ層は空乏層を
薄くするために、Siのドーピング濃度を出来るだけ上
げて、かつ、余分な中性領域が出来ないように薄層にす
ることが重要となる。実際、分子線エピタキシャル成長
法(MBE)で、バルクドーピング濃度が1×1019
-3のInAlAsとInGaAs結晶を用い、膜厚を
それぞれ150Åと120Åとで設計したコンタクト層
を形成した場合、そのコンタクト抵抗は約0.08Ω・
mmと極めて低い値となり、二次元電子ガスへのコンタ
クトをノンアロイで形成することができている。
In order to form a non-alloy ohmic electrode, band discontinuity (ΔEc) existing at the interface between n-InGaAs and non-doped InAlAs as a barrier layer is required.
Must be effectively reduced, and for this purpose n
An InAlAs semiconductor layer 17 doped with a type impurity is inserted. By inserting this layer, InAlAs
The thickness of the depletion layer extending to the layer is reduced, and the contact resistance is reduced by increasing the tunnel current. However, in order to reduce the resistance, a thick n-InAlAs, n-InGaAs
When the s layer is used, the cap layer conduction 32 shown in the figure becomes dominant, and the contact conduction 31 to the two-dimensional electron gas is reduced. In such a state, the contact resistance depends on the distance between the electrodes. Therefore, in order to reduce the thickness of the depletion layer in the cap layer, the doping concentration of Si is increased as much as possible, and an extra neutral region is formed. It is important to make it thin so that it does not. In fact, by molecular beam epitaxy (MBE), the bulk doping concentration is 1 × 10 19 c
When a contact layer designed to have a film thickness of 150 ° and 120 °, respectively, is formed using m −3 InAlAs and InGaAs crystals, the contact resistance is about 0.08Ω ·
mm, which is a very low value, and a contact with the two-dimensional electron gas can be formed non-alloy.

【0008】前記のように、コンタクト抵抗の低減には
Siのドーピング濃度を出来るだけ上げて、かつ、余分
な中性領域が出来ないようにキャップ層の厚さを設計す
ることが重要である。化合物半導体の結晶成長には、通
常、有機金属気相成長法(MOVPE)やMBE法が用
いられるが、MOVPE法ではInAlAs結晶中にM
BE法ほど高濃度でバルクドーピングが行えない問題が
ある。InAlAsへSiのドーピングを行った場合、
MBE成長では1×1019cm-3のドーピングが可能で
あるのに対して、MOVPE法では4〜5×1018cm
-3でドーピングが飽和してしまう。この結果、1×10
19cm-3では約83Åである空乏層の厚さが5×1018
cm-3では118Åに増加する。一方、トンネル電流は
空乏層の厚さに対して指数関数的に変化するため、この
ドーピング濃度の減少によってトンネル電流が減少し、
結果としてコンタクト抵抗が増加する。
As described above, in order to reduce the contact resistance, it is important to increase the Si doping concentration as much as possible and to design the thickness of the cap layer so that an extra neutral region is not formed. Metal organic chemical vapor deposition (MOVPE) or MBE is generally used for crystal growth of compound semiconductors. In MOVPE, however, Mn is contained in InAlAs crystal.
There is a problem that bulk doping cannot be performed at a higher concentration than the BE method. When InAlAs is doped with Si,
In MBE growth, doping of 1 × 10 19 cm −3 is possible, while in MOVPE, 4 to 5 × 10 18 cm −3.
At -3 , doping saturates. As a result, 1 × 10
At 19 cm -3 , the thickness of the depletion layer, which is about 83 °, is 5 × 10 18
At cm -3 it increases to 118 °. On the other hand, since the tunnel current changes exponentially with the thickness of the depletion layer, the decrease in the doping concentration causes the tunnel current to decrease,
As a result, the contact resistance increases.

【0009】以上の理由から、図1に示したような高電
子移動度トランジスター構造をMOVPE法を用いて成
長させた場合、MBE法で成長した場合と比較してコン
タクト抵抗が大きくなり、ソース抵抗が増加するのが現
状であった。
For the above reasons, when the high electron mobility transistor structure as shown in FIG. 1 is grown by using the MOVPE method, the contact resistance becomes larger and the source resistance becomes larger than when the transistor is grown by the MBE method. It was the present situation that the number increased.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の問題
を解決するために提案されたものであり、半導体装置の
動作性能を左右するオーミック電極形成時におけるコン
タクト抵抗を低減することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed to solve the above problems, and has as its object to reduce the contact resistance at the time of forming an ohmic electrode which affects the operation performance of a semiconductor device. I do.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
InP基板上に形成され、III−V族の化合物半導体
からなり、低抵抗の電極を形成するための、半導体ヘテ
ロ結合を含むn−InGaAs/n−InAlAs構造
コンタクト層を有するInAlAs/InGaAs高
電子移動度トランジスタである半導体装置において、前
記半導体ヘテロ接合のワイドギャップ側の半導体層であ
るn−InAlAs層中に不純物がバルク的に添加され
ており、かつ前記ワイドギャップ側の半導体層中にn型
不純物が1層または複数層のシート状に添加されている
とともに、前記n型不純物がシート状に添加される層と
前記コンタクト層のヘテロ接合との距離が、前記n型不
純物がシート状に添加される層が存在しない場合に前記
コンタクト層のn−InAlAs層が空乏化する膜厚以
内であることを特徴とする。
According to the present invention, there is provided a semiconductor device comprising:
Formed on an InP substrate, III-V Group consists compound semiconductor, for forming a low-resistance electrode, including a semiconductor heterojunction n-InGaAs / n-InAlAs structure
InAlAs / InGaAs high with the contact layer
In the semiconductor device is a electron mobility transistor, the semiconductor layer der the wide gap side of the semiconductor heterojunction
The impurity is added in bulk to the n-InAlAs layer , and the n-type impurity is added to the wide-gap side semiconductor layer in the form of one or more sheets.
And a layer in which the n-type impurity is added in a sheet shape.
The distance between the contact layer and the heterojunction is
When there is no layer where the pure substance is added in a sheet form,
The film thickness below which the n-InAlAs layer of the contact layer is depleted
It is characterized by being within .

【0012】[0012]

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明は、n型不純物をバルクド
ーピングしたInGaAs/InAlAsから構成され
るコンタクト層を高電子移動度トランジスター上に形成
し、かつ、n型不純物を前記n−InAlAs層中に発
生した空乏層中にプレーナードーピングすることを発明
の要旨とするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION According to the present invention, a contact layer composed of InGaAs / InAlAs doped with n-type impurities in bulk is formed on a high electron mobility transistor, and n-type impurities are added to the n-InAlAs layer. It is an object of the present invention to perform planar doping into the depletion layer generated in the above.

【0014】前記のようにMOVPE法を用いて成長し
たコンタクト層のコンタクト抵抗が高いのは、InAl
Asへのバルクドーピング特性が5×1018cm-3付近
で飽和してしまうことが原因であり、この問題を解決す
るためには、InAlAs結晶中にさらなるSiのドー
ピングを行う必要がある。
The high contact resistance of the contact layer grown by the MOVPE method as described above is due to InAl
This is because the bulk doping characteristic of As saturates around 5 × 10 18 cm −3 , and in order to solve this problem, it is necessary to further dope Si into the InAlAs crystal.

【0015】上述の不純物のドーピング方法としては、
バルクドーピング法とプレーナードーピング法がある。
プレーナードーピング法は原子層でドーピングを行う方
法で、一般的に、成長の中断を行い、表面荒れを防止す
るためにV族の原料ガスを供給した状態で、ドーパント
ガスを供給する方法が採用されている。さらに、MOV
PE法でInAlAsへSiのプレーナードーピングを
行う場合、最大濃度で5×1013cm-2付近までドーピ
ングが可能であり、コンタクト抵抗の低減に有効と考え
られる。
The doping method of the above-mentioned impurities includes:
There are a bulk doping method and a planar doping method.
The planar doping method is a method in which doping is performed in an atomic layer. Generally, a method of supplying a dopant gas in a state where a group V source gas is supplied to interrupt growth and prevent surface roughness is employed. ing. In addition, MOV
When performing Si planar doping on InAlAs by the PE method, it is possible to dope up to around 5 × 10 13 cm −2 at the maximum concentration, which is considered to be effective in reducing contact resistance.

【0016】上記したMOVPE法では一般的にジシラ
ン(Si26)やシラン(SiH4)をドーパントガス
に用いてドーピングを行う。例えば、InGaAsにド
ーピングを行った場合には、MBEと同様、1019cm
-3台のドーピングが可能であり、InAlAsの場合の
み、そのドーピング濃度が低下する。前述したように、
コンタクト抵抗の低減にはSiのドーピング濃度を出来
るだけ上げて、かつ、余分な中性領域が出来ないように
キャップ層の厚さを設計することが重要である。MBE
法のようにInAlAs、および、InGaAsに1×
1019cm-3のドーピングを行う場合を考えた時、n−
InGaAs層とn−InAlAs層に形成される空乏
層の厚さは、それぞれ、約73Åと83Åとなり、プロ
セスマージンを考慮すると最適膜厚はInGaAs、I
nAlAsともに100Å〜200Åの範囲と考えられ
る。しかし、前記のようにMOVPE法を用いた場合に
は最大ドーピング濃度が5×1018cm-3であるため、
InAlAsの空乏層厚さは約118Åとなる。
In the MOVPE method, doping is generally performed using disilane (Si 2 H 6 ) or silane (SiH 4 ) as a dopant gas. For example, when InGaAs is doped, as in MBE, 10 19 cm
−3 doping is possible, and only in the case of InAlAs, the doping concentration decreases. As previously mentioned,
To reduce the contact resistance, it is important to increase the Si doping concentration as much as possible and to design the thickness of the cap layer so that an extra neutral region is not formed. MBE
1 × for InAlAs and InGaAs
Considering the case of doping at 10 19 cm -3 , n-
The thicknesses of the depletion layers formed in the InGaAs layer and the n-InAlAs layer are about 73 ° and 83 °, respectively.
Both nAlAs are considered to be in the range of 100-200 °. However, when the MOVPE method is used as described above, since the maximum doping concentration is 5 × 10 18 cm −3 ,
The thickness of the depletion layer of InAlAs is about 118 °.

【0017】次に、この空乏層の中央付近にプレーナー
ドーピングを行う場合について考える。モデルを簡単に
するためにバンドプロファイルを直線近似し、かつ、ド
ーピングによってフェルミ準位(Ef)とInAlAs
の伝導帯(Ec)が平衛状態では一致すると仮定すると
n−InAlAsに形成した空乏層の中央位置のEcと
Efのエネルギー差はInGaAsとInAlAsのΔ
Ecの半分(約0.25eV)となる。さらに、空乏層
の中央付近にプレーナードーピングを行い、その位置で
EcをEfまで引き下げるのに必要とするプレーナード
ーピング濃度を見積もると約2.8×1012cm-2とな
る。つまり、バルクドーピング濃度が5×1018cm-3
であっても、その空乏層の中央に一定濃度以上のプレー
ナードーピングを行えば、空乏層厚が半分以下(約60
Å)となって、1×1019cm-3のバルクドーピングを
行った以上にコンタクト抵抗が低減できることになる。
Next, consider the case where planar doping is performed near the center of the depletion layer. The band profile is linearly approximated to simplify the model, and the Fermi level (Ef) and InAlAs
Is assumed to be the same in the flat state, the energy difference between Ec and Ef at the center of the depletion layer formed in n-InAlAs is ΔΔ of InGaAs and InAlAs.
It is half (about 0.25 eV) of Ec. Further, the planar doping is performed near the center of the depletion layer, and the planar doping concentration required to reduce Ec to Ef at that position is estimated to be about 2.8 × 10 12 cm −2 . That is, the bulk doping concentration is 5 × 10 18 cm −3
However, if a certain concentration or more of planar doping is performed at the center of the depletion layer, the thickness of the depletion layer is less than half (about 60
Å), which means that the contact resistance can be reduced more than the bulk doping of 1 × 10 19 cm −3 .

【0018】次に、MOVPE法を用いて、前記のコン
タクト層構造を実際に成長した。基板温度は630℃で
ある。この時、InGaAsへは1×1019cm-3のバ
ルクドーピングを行い、その膜厚を120Åとした。ま
た、InAlAsには5×1018cm-3のバルクドーピ
ングを行い、膜厚を150Åとした。プレーナードーピ
ングはn−InGaAs/n−InAlAs界面から6
0Å下のn−InAlAs側空乏層中に行い、そのプレ
ーナドーピング濃度は2.8×1012cm-2とした。コ
ンタクト抵抗はTLM(Transmission L
ine Model)測定を用いて評価した。
Next, the contact layer structure was actually grown by MOVPE. The substrate temperature is 630 ° C. At this time, bulk doping of 1 × 10 19 cm −3 was performed on InGaAs, and the film thickness was set to 120 °. InAlAs was subjected to bulk doping of 5 × 10 18 cm −3 to have a film thickness of 150 °. Planar doping is 6 nm from the n-InGaAs / n-InAlAs interface.
This was performed in the n-InAlAs side depletion layer below 0 °, and the planar doping concentration was 2.8 × 10 12 cm −2 . The contact resistance is TLM (Transmission L
(ine Model) measurement.

【0019】この結果、プレーナードーピングを行った
本発明ではコンタクト抵抗が0.06Ω・mmまで減少
し、1×1019cm-3のバルクドーピングを行ったMB
Eの結果よりさらにコンタクト抵抗が低減していること
が分かった。比較のために、プレーナドーピングを用い
ない場合についても評価したが、その時のコンタクト抵
抗は約0.15Ω・mmで、前述したMBE成長の結果
の約2倍であった。
As a result, in the present invention in which the planar doping is performed, the contact resistance is reduced to 0.06 Ω · mm, and the MB in which the bulk doping of 1 × 10 19 cm -3 is performed.
It was found that the contact resistance was further reduced from the result of E. For comparison, a case where planar doping was not used was also evaluated. At that time, the contact resistance was about 0.15 Ω · mm, which was about twice the result of the MBE growth described above.

【0020】従来技術がコンタクト抵抗をバルクドーピ
ング濃度で制御していたのに対して、本発明はバルクド
ーピングとプレーナドーピングを併用し、かつ、プレー
ナドーピング位置を調整することでコンタクト抵抗を効
果的に低減した点が異なる。
In contrast to the prior art in which the contact resistance is controlled by the bulk doping concentration, the present invention uses both bulk doping and planar doping and adjusts the planar doping position to effectively reduce the contact resistance. The difference is reduced.

【0021】本発明の作用としては、III−V族化合
物半導体装置において、オーミック電極形成時のコンタ
クト抵抗を低減するコンタクト層構造に関する。つま
り、本発明の利用によって、MOVPE法でも高電子移
動度トランジスターを高速動作させる時に必要なソース
抵抗の低減を効果的に行うことができ、そのトランジス
ター特性の向上するのに役立てることができる。
The operation of the present invention relates to a contact layer structure for reducing a contact resistance when forming an ohmic electrode in a III-V compound semiconductor device. In other words, by utilizing the present invention, the source resistance required for operating the high electron mobility transistor at high speed can be effectively reduced even in the MOVPE method, which can be used to improve the transistor characteristics.

【0022】[0022]

【実施例】本発明の実施例について図面を用いて詳細に
説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0023】図2は本発明の実施例として、InP基板
上にInAlAs結晶とInGaAs結晶から構成され
た高電子移動度トランジスターを成長した後、n−In
GaAs/n−InAlAs構造からなるコンタクト層
を成長し、かつ、n−InAlAs層中にコンタクト抵
抗を低下させる目的でプレーナードーピングを行った時
の層構造を示す。同図において、101はInP基板、
102はInAlAsバッファー層、103はInGa
Asチャネル層、104はInAlAsのスペーサ層、
105はInAlAsにSiをバルクドーピングしたキ
ャリア供給層、106はInAlAsのバリア層、10
7はSiをバルクドーピングしたn−InAlAsコン
タクト層、108はSiをバルクドーピングしたn−I
nGaAsコンタクト層である。また、プレーナードー
ピング109は107のn−InAlAsコンタクト層
中に行い、位置は108のn−InGaAsコンタクト
層の60Å下とした。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which a high electron mobility transistor composed of an InAlAs crystal and an InGaAs crystal is grown on an InP substrate and then n-In.
The layer structure when a contact layer having a GaAs / n-InAlAs structure is grown and planar doping is performed in the n-InAlAs layer for the purpose of reducing the contact resistance is shown. In the figure, 101 is an InP substrate,
102 is an InAlAs buffer layer, 103 is InGa
As channel layer, 104 is a spacer layer of InAlAs,
105 is a carrier supply layer obtained by bulk doping Si into InAlAs, 106 is a barrier layer of InAlAs, 10
Numeral 7 denotes an n-InAlAs contact layer doped with Si bulk, and numeral 108 denotes n-I doped with Si bulk.
This is an nGaAs contact layer. The planar doping 109 was performed in the n-InAlAs contact layer 107, and the position was 60 ° below the n-InGaAs contact layer 108.

【0024】次に、図2に示した構造を実際にMOVP
E法を用いて成長し、AuGeをオーミック電極として
蒸着した後、TLM測定を行った。結果を図3に示し
た。
Next, the structure shown in FIG.
After growing by using the E method and evaporating AuGe as an ohmic electrode, TLM measurement was performed. The results are shown in FIG.

【0025】成長条件としては、成長温度は630℃で
あり、InAlAsの成長にはIII族の原料ガスとし
て、トリメチルインジウム(TMI)とトリメチルアル
ミニウム(TMA)を用いた。また、InGaAsの成
長にはTMIとトリエチルガリウム(TEG)を用い
た。V族原料ガスにはアルシン(AsH3)、フォスフ
ィン(PH3)を用い、Siのドーピングはジシランを
用いた。
As for the growth conditions, the growth temperature was 630 ° C., and trimethylindium (TMI) and trimethylaluminum (TMA) were used as group III source gases for the growth of InAlAs. In addition, TMI and triethylgallium (TEG) were used for the growth of InGaAs. Arsine (AsH 3 ) and phosphine (PH 3 ) were used as group V source gases, and disilane was used for doping of Si.

【0026】さらに、107の半導体層であるn−In
AlAs層には5×1018cm-3のバルクドーピングを
行い、その膜厚を150Åとした。また、108のn−
InGaAs層には1×1019cm-3のバルクドーピン
グを行い、膜厚を120Åとした。図3から見積もられ
るシート抵抗(Rs)は113Ω/□であり、コンタク
ト抵抗(Rc)は図4のcに示すとおり0.06Ω・m
mとであった。
Further, the semiconductor layer 107 of n-In
The AlAs layer was subjected to bulk doping of 5 × 10 18 cm −3 , and its thickness was set to 150 °. Also, n- of 108
The InGaAs layer was subjected to bulk doping of 1 × 10 19 cm −3 to have a thickness of 120 °. The sheet resistance (Rs) estimated from FIG. 3 is 113 Ω / □, and the contact resistance (Rc) is 0.06 Ω · m as shown in FIG.
m.

【0027】さらに、比較のため、MOVPE法を用い
て図2に示した試料構造でプレーナードーピングを行わ
ない試料を作製した。
Further, for comparison, a sample was prepared by the MOVPE method using the sample structure shown in FIG.

【0028】また、MBE法を用いて図2に示した10
7の半導体層であるn−InAlAs層には1×1019
cm-3のバルクドーピングを行った試料を作製した。前
記と同様のTLM測定を行い、得られたコンタクト抵抗
を図4に示す。
Further, the MBE method was applied to the 10 shown in FIG.
1 × 10 19 in the n-InAlAs layer which is the semiconductor layer of No. 7
A sample having a bulk doping of cm -3 was prepared. The same TLM measurement as described above was performed, and the obtained contact resistance is shown in FIG.

【0029】図4に示すとおり、MOVPE法で成長し
たプレーナードーピング無しの試料のコンタクト抵抗
(a)が最も高く、0.15Ω・mmであった。また、
MBE法を用いて作製した従来型の構造ではコンタクト
抵抗(b)は0.08Ω・mmであった。
As shown in FIG. 4, the sample without planar doping grown by the MOVPE method had the highest contact resistance (a), which was 0.15 Ω · mm. Also,
In the conventional structure manufactured by using the MBE method, the contact resistance (b) was 0.08 Ω · mm.

【0030】以上図4の結果から、MOVPE法を用い
てプレーナードーピングを行わない場合、そのコンタク
ト抵抗はMBE法で作製した試料の約2倍であったが、
本発明を用いることで、MOVPE法でもそのコンタク
ト抵抗がMBE法以上に低減したことが分かった。詳細
には、ドーピングが5×1018cm-3程度で飽和してし
まうMOVPE法においても、本発明によれば、1×1
19cm-3のドーピングを行ったと同等のコンタクト層
が形成できることを示している。
From the results shown in FIG. 4, when the planar doping is not performed by using the MOVPE method, the contact resistance is about twice that of the sample manufactured by the MBE method.
It was found that the use of the present invention reduced the contact resistance of the MOVPE method as well as that of the MBE method. Specifically, according to the present invention, even in the MOVPE method in which doping is saturated at about 5 × 10 18 cm −3 ,
This shows that a contact layer equivalent to that obtained by doping at 0 19 cm −3 can be formed.

【0031】さらに、1〜5×1018cm-3でn−In
AlAsのバルクドーピング濃度を変化させ、コンタク
ト抵抗が約0.08Ω・mmとなるプレーナードーピン
グ濃度を調べた結果を図5に示す。この時、n−InA
lAsのバルクドーピング濃度とプレーナードーピング
濃度以外は全て図2で行った実験と同一にした。
Further, at 1 to 5 × 10 18 cm -3 , n-In
FIG. 5 shows the results obtained by changing the bulk doping concentration of AlAs and examining the planar doping concentration at which the contact resistance becomes about 0.08 Ω · mm. At this time, n-InA
Except for the lAs bulk doping concentration and the planar doping concentration, all were the same as the experiment performed in FIG.

【0032】図5に示されるとおり、コンタクト抵抗を
一定にするためにはバルクドーピング濃度が低くなるに
従い、プレーナードーピング濃度を増加させる必要があ
ることが分かる。
As shown in FIG. 5, in order to keep the contact resistance constant, it is necessary to increase the planar doping concentration as the bulk doping concentration decreases.

【0033】さらに、プレーナードーピングをより高濃
度で行うことにより、トンネル電流が流れる障壁層の厚
さをより薄くする効果が得られるため、さらなるコンタ
クト抵抗の低減に利用できる。さらに、プレーナードー
ピング位置をn−InGaAs側に近づけ、かつ、プレ
ーナードーピング濃度を増加させる方法でさらなるコン
タクト抵抗の低減が達成できる。
Further, by performing the planar doping at a higher concentration, the effect of reducing the thickness of the barrier layer through which the tunnel current flows can be obtained, which can be used for further reducing the contact resistance. Further, the contact resistance can be further reduced by bringing the planar doping position closer to the n-InGaAs side and increasing the planar doping concentration.

【0034】当然のことながら、本発明においては種々
の設計変更ができ、それらが本発明の範囲に属すること
は言うまでもない。例えば、MBE法、MOMBE法等
の他の成長法を用いてもコンタクト抵抗を低減すること
ができる。また、プレーナードーピング層は2層以上挿
入しても良く、これによりコンタクト抵抗をより低減す
ることができる。
Naturally, various design changes can be made in the present invention, and it goes without saying that they belong to the scope of the present invention. For example, the contact resistance can be reduced by using other growth methods such as the MBE method and the MOMBE method. Further, two or more planar doping layers may be inserted, whereby the contact resistance can be further reduced.

【0035】[0035]

【発明の効果】本発明はIII−V族化合物半導体装置
において、オーミック電極形成時のコンタクト抵抗を低
減するコンタクト層構造の構造に関する。MOVPE法
ではMBE法と比較してInAlAs結晶に高濃度でS
iをドーピングできない潜在的問題があった。本発明
は、この問題点をコンタクト層へのドーピングを工夫す
ることで解決したものである。MOVPE法は半導体装
置の製造、量産において有望視されている結晶成長法で
あるため、本発明は各種半導体デバイスの実用化および
応用を推進する大きな効果を有する。
The present invention relates to a structure of a contact layer structure for reducing a contact resistance when forming an ohmic electrode in a group III-V compound semiconductor device. In the MOVPE method, a higher concentration of S is added to the InAlAs crystal compared to the MBE method.
There was a potential problem that could not dope i. The present invention has solved this problem by devising doping of the contact layer. Since the MOVPE method is a promising crystal growth method in the manufacture and mass production of semiconductor devices, the present invention has a great effect of promoting the practical use and application of various semiconductor devices.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】InP基板上に高電子移動度トランジスターを
形成した時の層構造。
FIG. 1 shows a layer structure when a high electron mobility transistor is formed on an InP substrate.

【図2】本発明の実施例を示すもので、InP基板上に
高電子移動度トランジスターを形成し、かつ、n−In
AlAsコンタクト層中にコンタクト抵抗を低下させる
目的でプレーナドーピングを行った時の層構造。
FIG. 2 shows an embodiment of the present invention, in which a high electron mobility transistor is formed on an InP substrate and n-In
Layer structure when planar doping is performed in an AlAs contact layer for the purpose of reducing contact resistance.

【図3】図2で示した構造のTLM評価結果を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a TLM evaluation result of the structure shown in FIG. 2;

【図4】本発明の効果を示すもので、本発明の結果とプ
レーナードーピングを行わないMOVPEの結果、およ
び、MBEの結果を比較した図。
FIG. 4 is a view showing the effect of the present invention and comparing the result of the present invention with the result of MOVPE without planar doping and the result of MBE.

【図5】コンタクト抵抗を一定にするために必要なプレ
ーナードーピング濃度とn−InGaAsコンタクト層
のバルクドーピング濃度の関係を示す図。
FIG. 5 is a diagram showing a relationship between a planar doping concentration required to make contact resistance constant and a bulk doping concentration of an n-InGaAs contact layer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 InP半絶縁性基板、 12 ノンドープのInAlAs半導体層、 13 ノンドープのInGaAs半導体層、 14 ノンドープのInAlAs半導体層、 15 n型の不純物をバルクドーピングしたInAlA
s半導体層、 16 ノンドープのInAlAs半導体層、 17 n型不純物をバルクドーピングしたInAlAs
半導体層、 18 n型不純物をバルクドーピングしたInGaAs
半導体層、 20 ショットキー電極、 21 オーミック電極、 22 オーミック電極、 31 二次元電子ガスへのコンタクト伝導、 32 キャップ層伝導、 101 InP基板、 102 InAlAsバッファー層、 103 InGaAsチャネル層、 104 InAlAsのスペーサ層、 105 InAlAsにSiをバルクドーピングしたキ
ャリア供給層、 106 InAlAsのバリア層、 107 Siをバルクドーピングしたn−InAlAs
コンタクト層、 108 Siをバルクドーピングしたn−InGaAs
コンタクト層、 109 プレーナードーピング。
Reference Signs List 11 InP semi-insulating substrate, 12 non-doped InAlAs semiconductor layer, 13 non-doped InGaAs semiconductor layer, 14 non-doped InAlAs semiconductor layer, 15 InAlA doped with n-type impurities in bulk
s semiconductor layer, 16 non-doped InAlAs semiconductor layer, 17 InAlAs bulk doped with n-type impurities
Semiconductor layer, InGaAs bulk doped with 18 n-type impurities
Semiconductor layer, 20 Schottky electrode, 21 ohmic electrode, 22 ohmic electrode, 31 contact conduction to two-dimensional electron gas, 32 cap layer conduction, 101 InP substrate, 102 InAlAs buffer layer, 103 InGaAs channel layer, 104 InAlAs spacer layer 105, a carrier supply layer in which InAlAs is bulk-doped with Si; 106, a barrier layer of InAlAs; 107, n-InAlAs in which Si is bulk-doped
Contact layer, n-InGaAs bulk-doped with 108 Si
Contact layer, 109 planar doping.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−297385(JP,A) 特開 平4−271129(JP,A) 特開 平11−214676(JP,A) 特開 平11−274475(JP,A) 特開 平9−64336(JP,A) 特開 平9−51091(JP,A) 特開 平8−148673(JP,A) 特開 平8−55979(JP,A) 特開 平7−183493(JP,A) 特開 平7−38089(JP,A) 特開 平7−38088(JP,A) 特開 平6−120258(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/28 301 H01L 21/338 H01L 29/812 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-7-297385 (JP, A) JP-A-4-271129 (JP, A) JP-A-11-214676 (JP, A) JP-A-11- 274475 (JP, A) JP-A-9-64336 (JP, A) JP-A-9-51091 (JP, A) JP-A 8-14873 (JP, A) JP-A 8-55979 (JP, A) JP-A-7-183493 (JP, A) JP-A-7-38089 (JP, A) JP-A-7-38088 (JP, A) JP-A-6-120258 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/28 301 H01L 21/338 H01L 29/812

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 InP基板上に形成され、III−V族
の化合物半導体からなり、低抵抗の電極を形成するため
の、半導体ヘテロ結合を含むn−InGaAs/n−I
nAlAs構造のコンタクト層を有するInAlAs/
InGaAs高電子移動度トランジスタである半導体装
置において、 前記半導体ヘテロ接合のワイドギャップ側の半導体層
あるn−InAlAs層中に不純物がバルク的に添加さ
れており、かつ前記ワイドギャップ側の半導体層中に
不純物が1層または複数層のシート状に添加されてい
とともに、前記n型不純物がシート状に添加される層
と前記コンタクト層のヘテロ接合との距離が、前記n型
不純物がシート状に添加される層が存在しない場合に前
記コンタクト層のn−InAlAs層が空乏化する膜厚
以内であることを特徴とする半導体装置。
1. A formed on an InP substrate, made of a compound semiconductor of a group III-V, for forming a low-resistance electrode-free containing a semiconductor heterojunction n-InGaAs / n-I
InAlAs / having an nAlAs structure contact layer
In the semiconductor device is InGaAs high electron mobility transistor, the semiconductor layer having a wider gap side of the semiconductor heterojunction
N to a n-InAlAs layer impurities are bulk to the addition, and the semiconductor layer of the wide-gap side
A layer in which the n-type impurity is added in the form of a sheet, wherein the n-type impurity is added in the form of one or more sheets.
And the distance between the heterojunction of the contact layer and the n-type
If there is no layer to which impurities are added in sheet form,
Thickness at which the n-InAlAs layer of the contact layer is depleted
A semiconductor device characterized by being within .
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