JPH02174165A - Structure for schottky junction - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は半導体のショットキー障壁高さが制御可能なシ
ョットキー接合構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a Schottky junction structure in which the Schottky barrier height of a semiconductor can be controlled.
（従来の技術）
単一金属を半導体と接触させた時のショットキー障壁の
高さは、理想的には金属の仕事関数と半導体の電子親和
力との差によって与えられるとされていた［フィジック
ス・オブ・セミコンダクター・デ バ イ ス（Ｐｈｙ
ｓｉｃｓ ｏｆ Ｓｅｍ１ｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｄｅｖ
ｉｃｅｓ。(Prior art) It was thought that the height of the Schottky barrier when a single metal is brought into contact with a semiconductor is ideally given by the difference between the work function of the metal and the electron affinity of the semiconductor [physics. Of Semiconductor Devices (Phys.
sics of Sem1conductor Dev
ices.
１９６９年、Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ Ｒ，５ｏｎｓ、
Ｉｎｃ、）］。従って任意の半導体に対してショットキ
ー障壁の高さを変化させる為には、仕事関数の異なる金
属と接触させればよいはずであった。しかし、半導体の
種類によっては、仕事関数の異なる金属を接触させても
、フェルミレベルが一定値に固定（ピニング）され、シ
ョットキー障壁の高さを変化させることの不可能なもの
もあった。1969, John Wiley R, 5ons,
Inc.)]. Therefore, in order to change the height of the Schottky barrier for a given semiconductor, it would be sufficient to contact it with metals with different work functions. However, depending on the type of semiconductor, even if metals with different work functions are brought into contact, the Fermi level is fixed at a constant value (pinning), making it impossible to change the height of the Schottky barrier.
産業上の利用価値の高いＩＩＩ−Ｖ族半導体はその顕著
な例であった［フィジカル・レビュー・レターズ）Ｐｈ
ｙｓ、 Ｒｅｖ、 Ｌｅｔｔ、 ）第２２巻、１９６９
年、第１４３３ページ］。III-V semiconductors, which have high industrial value, are a notable example [Physical Review Letters] Ph.
ys, Rev, Lett, ) Volume 22, 1969
year, page 1433].
（発明が解決しようとする問題点）
ショットキー障壁の高さは、整流特性を向上させる為に
は高い方が良く、接触抵抗を低減させる為には低い方が
良い。さらにはショットキー障壁の高さは、トランジス
ターのしきい値電圧を決定する重要な要素である。従っ
て前述のように利用価値の高いＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体において、ショットキー障壁の高さが制御不可能であ
ることは、デバイス設計の上で大きなハンディとなって
いた。(Problems to be Solved by the Invention) The height of the Schottky barrier should be higher in order to improve rectification characteristics, and should be lower in order to reduce contact resistance. Furthermore, the height of the Schottky barrier is an important factor determining the threshold voltage of a transistor. Therefore, as mentioned above, in III-V compound semiconductors with high utility value, the fact that the height of the Schottky barrier cannot be controlled is a major handicap in device design.
本発明の目的は、半導体のショットキー障壁の高さが制
御可能なショットキー接合構造を提供することにある。An object of the present invention is to provide a Schottky junction structure in which the height of the Schottky barrier of a semiconductor can be controlled.
（問題点を解決するための手段）
本発明は、任意の金属とＩＩＩ ｅ Ｖ族化合物半導体
によるショットキー接合構造において、前記ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体表面層に希土類金属をドーピングするこ
とを特徴とするショットキー接合構造を提供することに
ある。(Means for Solving the Problems) The present invention provides a Schottky junction structure made of an arbitrary metal and a III-V compound semiconductor.
An object of the present invention is to provide a Schottky junction structure characterized in that a surface layer of a group compound semiconductor is doped with a rare earth metal.
（作用）
例えばｎ型半導体のショットキー障壁の高さを増加させ
る為には、半導体表面にｐ＋層を形成すれば良く、また
この高さを低下させる為には半導体表面にｎ十層を形成
すれば良いことが知られている［ジャーナル・オブ・ア
プライド・フィジックス（Ｊ、 Ａｐｐｌ。(Function) For example, in order to increase the height of the Schottky barrier of an n-type semiconductor, it is sufficient to form a p+ layer on the semiconductor surface, and in order to decrease this height, an n layer is formed on the semiconductor surface. It is known that what should be done [Journal of Applied Physics (J, Appl.
Ｐｈｙｓ、 ）第６１巻、第５１５９頁］。しかし、こ
のように表面にｎ ＋ 、 ｐ＋層を形成した場合逆バ
イアス耐圧は低下してしまい実際のデバイス応用上大き
な問題となる。そこで本発明者はドナー型、アクセプタ
ー型ドーパントをドーピングするかわりに、ＩＩＩ ＋
Ｖ族化合物半導体中で電気的不活性な希土類金属をド
ーピングすることを考えついた。そして、ｎ型ＧａＡｓ
に対してｙｂを、濃度を変えて表面深さ１００人にわた
ってドーピングした場合のＡＩに対するショットキー障
壁を求めたところ、第１図に示すような障壁高さの濃度
依存性があることが判明した。ここではＡＩ／ｎ−Ｇａ
Ａｓの障壁高さが２５０ｍｅＶの幅にわたって制御可能
であることが示されている。Phys, Volume 61, Page 5159]. However, when n + and p + layers are formed on the surface in this manner, the reverse bias breakdown voltage decreases, which poses a serious problem in actual device application. Therefore, instead of doping with donor type and acceptor type dopants, the present inventor
We came up with the idea of doping a group V compound semiconductor with an electrically inactive rare earth metal. And n-type GaAs
When we calculated the Schottky barrier for AI when yb was doped at different concentrations to a surface depth of 100 mm, we found that the barrier height depended on the concentration as shown in Figure 1. . Here, AI/n-Ga
It has been shown that the barrier height of As can be controlled over a width of 250 meV.
ＧａＡｓのドナー濃度（約１０１７ｃｍ−３）以下のｙ
ｂドーピング量では障壁高さは通常のＡＩ／ＧａＡｓシ
ョットキー障壁と較べて１２０ｍｅＶも高くなっており
、ｙｂドーピング量を１０１７ｃｍ−３以上の増加させ
ていくとドーピング量につれて障壁高さは低下していき
、ドーピング量１０２１ｃｍ−３では通常のＡＩ／Ｇａ
Ａｓショットキー障壁と較べて１３０ｍｅＶも低くなる
。さらにはこれら全ての試料において逆バイアス耐圧は
希土類金属をドーピングしなかった場合よりも大きくな
った。y below the donor concentration of GaAs (approximately 1017 cm-3)
With the amount of b doping, the barrier height is 120 meV higher than that of a normal AI/GaAs Schottky barrier, and as the amount of yb doping is increased beyond 1017 cm-3, the barrier height decreases with the amount of doping. At a doping amount of 1021 cm-3, normal AI/Ga
The barrier is 130 meV lower than the As Schottky barrier. Furthermore, in all of these samples, the reverse bias breakdown voltage was greater than when no rare earth metal was doped.
このような効果はｙｂだけでなく他の希土類金属をドー
ピングした場合にも見いだされた。またＧａＡｓ以外の
他のＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体に対してドーピングし
た場合にも見いだされた。この効果が表われる原因は必
ずしも明らかではないが、ドーピングによって発生する
歪などによってフェルミレベルが変化するためと考えら
れる。従ってｐ型ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に対しても
そのショットキー障壁を制御することが可能で、その効
果はｎ型に対する効果と逆向きに障壁高さを変化させる
ものである。Such an effect was found not only when doping with yb but also with other rare earth metals. It was also found when doping III-V group compound semiconductors other than GaAs. The reason for this effect is not necessarily clear, but it is thought to be due to changes in the Fermi level due to distortion caused by doping. Therefore, it is possible to control the Schottky barrier even for p-type III-V compound semiconductors, and the effect is to change the barrier height in the opposite direction to the effect for n-type.
（実施例） 以下、本発明の詳細な説明する。(Example) The present invention will be explained in detail below.
（実施例１）
ｎ型ＧａＡｓ半導体表面にＤｙを深さ３００人にわたっ
て１０１７ｃｍ−３ドーピングした場合のＡＩに対する
ショットキー障壁を測定したところ、Ｄｙをドーピング
しなかったものと較べて高い障壁高さと高い逆バイアス
耐圧が得られた。実験は清浄化したｎ型ＧａＡｓ（００
１）基板上に分子線エピタキシャル成長法によってＳｉ
濃度２×１０１７ｃｍ−３をドープしたｎ型ＧａＡｓ５
０００人を成長し、その際最表面層２００人にわたって
はさらにＤｙを１０１７ｃｍ−３ドーピングした。その
後室温にてＡ１を１０００人蒸着した。作製した試料に
電極を付けＬＶ測測定Ｃ−■測定により評価し、ショッ
トキー障壁高さ及び逆バイアス耐圧を決定した。その結
果、障壁高さはＤｙをドーピングしない場合より１４０
ｍｅＶ高い０．９０ｅＶという値が得られた。また逆バ
イアス耐圧もＤｙをドーピングしない場合より５ｖも高
い値が得られた。(Example 1) When the Schottky barrier to AI was measured when the surface of an n-type GaAs semiconductor was doped with Dy to a depth of 300cm-3 to 1017cm-3, it was found that the Schottky barrier to AI was higher and higher than that when Dy was not doped. Reverse bias breakdown voltage was obtained. The experiment was carried out using purified n-type GaAs (00
1) Si is grown on the substrate by molecular beam epitaxial growth.
n-type GaAs5 doped with a concentration of 2 x 1017 cm-3
At this time, the outermost layer of 200 layers was further doped with 1017 cm-3 of Dy. Thereafter, 1000 people deposited A1 at room temperature. Electrodes were attached to the prepared sample and evaluated by LV measurement C-■ measurement to determine the Schottky barrier height and reverse bias breakdown voltage. As a result, the barrier height is 140 mm higher than that without Dy doping.
A value of 0.90 eV, which is meV higher, was obtained. Further, a reverse bias breakdown voltage of 5 V higher than that of the case without doping with Dy was obtained.
（実施例２）
ｎ型ＧａＡｓ半導体表面にＳｍを深さ１００人にわたっ
て１０２０ｃｍ−３ドーピングした場合のＡＩに対する
ショットキー障壁を測定したところ、Ｓｍをドーピング
しなかったものと較べて低い障壁高さと高い逆バイアス
耐圧が得られた。実験は清浄化したｎ型ＧａＡｓ（００
１）基板上に分子線エピタキシャル成長法によってＳｉ
濃度６×１０１６ｃｍ−３をドープしたｎ型ＧａＡｓ５
０００人を成長し、その際最表面層１００人にわたって
はさらにＳｍを１０２０ｃｍ−３ドーピングした。その
後室温にてＡＩを１０００人蒸着した。作製した試料に
電極を付けＬＶ測測定Ｃ−■測定により評価し、ショッ
トキー障壁高さ及び逆バイアス耐圧を決定した。その結
果、障壁高さはＳｍをドーピングしない場合より２００
ｍｅＶ低い０．５６ｅＶという値が得られた。また逆バ
イアス耐圧もＳｍをドーピングしない場合より６ｖも高
い値が得られた。(Example 2) When the Schottky barrier against AI was measured when the surface of an n-type GaAs semiconductor was doped with Sm to a depth of 1020 cm-3, it was found that the barrier height was lower and higher than when no Sm was doped. Reverse bias breakdown voltage was obtained. The experiment was carried out using purified n-type GaAs (00
1) Si is grown on the substrate by molecular beam epitaxial growth.
n-type GaAs5 doped with a concentration of 6 x 1016 cm-3
000 layers, and at that time, the outermost layer of 100 layers was further doped with 1020 cm@-3 of Sm. Thereafter, 1000 people deposited AI at room temperature. Electrodes were attached to the prepared sample and evaluated by LV measurement C-■ measurement to determine the Schottky barrier height and reverse bias breakdown voltage. As a result, the barrier height is 200 times higher than that without Sm doping.
A meV lower value of 0.56 eV was obtained. In addition, a reverse bias breakdown voltage of 6 V higher than that without Sm doping was obtained.
（実施例３）
ｐ型ＧａＡｓ半導体表面にＤｙを深さ３００人にわたっ
て１０１７ｃｍ−３ドーピングした場合のＡ１に対する
ショットキー障壁を測定したところ、Ｄｙをドーピング
しなかったものと較べて低い障壁高さと高い逆バイアス
耐圧が得られた。実験は清浄化したｐ型ＧａＡｓ（００
１）基板上に分子線エピタキシャル成長法によってＢｅ
濃度２刈０１７ｃｍ−３をドープしたｐ型ＧａＡｓ５０
００人を成長し、その際最表面層２００人にわたっては
さらにＤｙを１０１７ｃｍ−３ドーピングした。その後
室温にてＡＩを１０００人蒸着した。作製した試料に電
極を付けＬＶ測測定Ｃ−■測定により評価し、ショット
キー障壁高さ及び逆バイアス耐圧を決定した。その結果
、障壁高さはＤｙをドーピングしない場合より１４０ｍ
ｅＶ低い０．５３ｅＶという値が得られた。また逆バイ
アス耐圧はＤｙをドーピングしない場合より５ｖも高い
値が得られた。(Example 3) When the Schottky barrier to A1 was measured when the surface of a p-type GaAs semiconductor was doped with Dy to a depth of 300cm-3 to 1017cm-3, it was found that the barrier height was lower and higher than that when no Dy was doped. Reverse bias breakdown voltage was obtained. The experiment was carried out using purified p-type GaAs (00
1) Be grown on the substrate by molecular beam epitaxial growth
p-type GaAs50 doped with concentration 2017cm-3
At this time, the outermost layer of 200 layers was further doped with 1017 cm-3 of Dy. Thereafter, 1000 people deposited AI at room temperature. Electrodes were attached to the prepared sample and evaluated by LV measurement C-■ measurement to determine the Schottky barrier height and reverse bias breakdown voltage. As a result, the barrier height was 140 m higher than that without Dy doping.
A value of 0.53 eV, which is lower than eV, was obtained. Further, the reverse bias breakdown voltage was 5 V higher than that in the case without doping with Dy.
（実施例４）
ｐ型ＧａＡｓ半導体表面にＳｍを深さ１００人にわたっ
て１０２０ｃｍ−３ドーピングした場合のＡＩに対する
ショットキー障壁を測定したところ、Ｓｍをドーピング
しなかったものと較べて高い障壁高さと高い逆バイアス
耐圧が得られた。実験は清浄化したｐ型ＧａＡｓ（００
１）基板上に分子線エピタキシャル成長法によってＢｅ
濃度６Ｘ１０１６ｃｍ−３をドープしたｐ型ＧａＡｓ５
０００人を成長し、その際最表面層１００人にわたって
はさらにＳｍを１０２０ｃｍ−３ドーピングした。その
後室温にてＡＩを１０００人蒸着した。作製した試料に
電極を付けＬＶ測測定Ｃ−■測定により評価し、ショッ
トキー障壁高さ及び逆バイアス耐圧を決定した。その結
果、障壁高さはＳｍをドーピングしない場合より２００
ｍｅＶ高い０．８７ｅＶという値が得られた。また逆バ
イアス耐圧もＳｍをドーピングしない場合より６ｖも高
い値が得られた。(Example 4) When the Schottky barrier to AI was measured when the surface of a p-type GaAs semiconductor was doped with Sm to a depth of 1020 cm-3, it was found that the barrier height was higher and higher than that when Sm was not doped. Reverse bias breakdown voltage was obtained. The experiment was carried out using purified p-type GaAs (00
1) Be grown on the substrate by molecular beam epitaxial growth
p-type GaAs5 doped with concentration 6X1016 cm-3
000 layers, and at that time, the outermost layer of 100 layers was further doped with 1020 cm@-3 of Sm. Thereafter, 1000 people deposited AI at room temperature. Electrodes were attached to the prepared sample and evaluated by LV measurement C-■ measurement to determine the Schottky barrier height and reverse bias breakdown voltage. As a result, the barrier height is 200 times higher than that without Sm doping.
A meV high value of 0.87 eV was obtained. In addition, a reverse bias breakdown voltage of 6 V higher than that without Sm doping was obtained.
本実施例においては、分子線エピタキシャル成長により
試料を作製した場合を示したが、本発明の効果は成長方
法によるものではない。従って他の成長法で成長した■
旧Ｖ族化合物半導体表面層に希土類金属を拡散あるいは
イオン・インプランテーションによってドーピングした
場合でも同様の効果がある。またＩＩＩ−Ｖ族半導体と
してはＧａＡｓに限るものではなく、ＩｎＰや、ＩｎＧ
ａＡｓ、ＩｎＧａＰなどにも適用できる。希土類金属と
しては実施例で用いた以外の金属例えばＣｅ、 Ｐｒ、
Ｎｄ、 Ｐｍ、 Ｅｕ、 Ｇｄ、 Ｔｂ、 Ｈｏ、
Ｅｒ。In this example, a case was shown in which a sample was produced by molecular beam epitaxial growth, but the effects of the present invention are not dependent on the growth method. Therefore, grown using other growth methods■
A similar effect can be obtained even when the surface layer of the former Group V compound semiconductor is doped with a rare earth metal by diffusion or ion implantation. Furthermore, III-V group semiconductors are not limited to GaAs, but include InP and InG.
It can also be applied to aAs, InGaP, etc. Rare earth metals include metals other than those used in the examples, such as Ce, Pr,
Nd, Pm, Eu, Gd, Tb, Ho,
Er.
Ｔｍ、 Ｙｂ、 Ｌｕなどでも良い。また電極金属とし
てはＡＩ以外のショットキー接合を形成する金属例えば
Ａｕ。Tm, Yb, Lu, etc. may also be used. The electrode metal may be a metal other than AI that forms a Schottky junction, such as Au.
Ｐｄ、 Ａｇ、 Ｃｕ、 Ｓｎ Ｉｎ、 Ｔｉ、 Ｙ、
Ｎａ、 Ｎｉ、 Ｃｏ、 Ｆｅ、 Ｃｒ、 Ｍｎ、
Ｓｂ。Pd, Ag, Cu, SnIn, Ti, Y,
Na, Ni, Co, Fe, Cr, Mn,
Sb.
ｖ、Ｗなど、あるいはＷＳｉなどの合金であっても発明
の効果は得られる。The effects of the invention can be obtained even with alloys such as V, W, etc., or WSi.
（発明の効果）
以上説明したように本発明は、任意の金属とｌ１ｌ−■
族化合物半導体によるショットキー接合構造において、
前記ＩＩＩ −Ｖ族化合物半導体表面層に希土類金属を
ドーピングすることによって、高い逆バイアス耐圧を持
ちながらショットキー障壁高さを制御する効果がある。(Effects of the Invention) As explained above, the present invention can combine any metal with l1l-■
In the Schottky junction structure using group compound semiconductors,
Doping the surface layer of the III-V compound semiconductor with a rare earth metal has the effect of controlling the Schottky barrier height while maintaining a high reverse bias breakdown voltage.
第１図は本発明の一実施例を示すショットキー障壁高さ
の希土類濃度依存性の図である。FIG. 1 is a diagram showing the dependence of the Schottky barrier height on the rare earth concentration, showing one embodiment of the present invention.
Claims (1)
れるショットキー接合構造において、前記ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体表面層に希土類金属がドーピングしてある
ことを特徴とするショットキー接合構造。1. A Schottky junction structure formed of an arbitrary metal and a III-V compound semiconductor, wherein the surface layer of the III-V compound semiconductor is doped with a rare earth metal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63330347A JP2725334B2 (en) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | Schottky junction structure |
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| JP63330347A JP2725334B2 (en) | 1988-12-26 | 1988-12-26 | Schottky junction structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02174165A true JPH02174165A (en) | 1990-07-05 |
| JP2725334B2 JP2725334B2 (en) | 1998-03-11 |
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| Country | Link |
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| JP (1) | JP2725334B2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01302765A (en) * | 1988-05-30 | 1989-12-06 | Nec Corp | Schottky junction structure |
-
1988
- 1988-12-26 JP JP63330347A patent/JP2725334B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01302765A (en) * | 1988-05-30 | 1989-12-06 | Nec Corp | Schottky junction structure |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2725334B2 (en) | 1998-03-11 |
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