JPH0278277A - 半導体装置およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）　発明の技術分野 本発明は半導体装置およびその製法、特にマイクロ反周
波数で使用するブレーナドープ障壁型の半導体装置およ
びその製法に関するものである。

（ロ）　発明の背景 プレーナドープ障壁型構造の半導体装！框、すでに提案
されており、ガン発振器のようなマイクロ波装置に用い
られている。このような構造のものは、通常、２つの非
ドープ半導体層間に挾まれているＰ型物質の薄層金偏え
ており、前記半導体層は２つの重くドープされたｎ型層
１川に挾まれてｎ　−ｔ−ｔ−ｎ　　構造を形成してい
る。

非ドープ層の厚さとアクセプタ電荷密度ハ、必要な電位
障壁の高さとなるように選択され、非ドープ層の厚さの
比率は、電位分布におけるピークの位置全決定するよう
に選択することができる。しかし、零バイアス電圧に対
しては、障壁の一方から出合う実効的な障壁の高さが、
前記障壁の他方から出合う実効的な障壁の高さと常に同
じとなっている。

（ハ）発明の目的 本発明の１つの目的に、障壁にかけて零ノ（イアスに対
して一方向において出合う電位障壁の高さが、反対方向
において出合う′電位障壁の高さと異なるようなプレー
ナドープ障壁構造の半４体装置およびその製法を提供す
ることを目的としている。

（ロ）う６明の構成 本発明の１つの実施例によれは、一方の導電型の第１の
ドープされた半導体層と、半纏体で形成された中間ノｔ
ｉと、他方の導電型で形成され十分Ｖ（＃〈て実質的に
完全に望乏化されているドープされた半導体層と、ｌｉ
！ＪＦ＋己一方の平導体型で形成された第２のドープ妊
れた半導体層とでｂ４　ｂＸ−Ｓ＞れ、ＭｉＪ記第１の
ドープされた半専坏ｌ曽のドープ娯度に削６ｃ第２のド
ープされた半纏体層で形成したドープ濃度と異なること
全特徴とするプレーナドープ障壁構造の半導体Ｖｃ直と
している。

更に本発明の他の実施例によれば、他の導電型の前記ド
ープされた半導体層　と前記第２のドープされた半導体
層　曲半導体で形成された別の中間層　が設けられるこ
とに％ｔａとするプレーナトーン陣偲構造の半導体装置
としている。

更に本発明の別の夾施狗によれば、前記一方の導電体の
半導体で形成され、前記第１および第２のドープされた
半導体層よりも大なるドープ濃度で形成されると共に、
前記第１および第２の半導体層と接触して設けられ電気
的接点を与えている第５および第４の層を備えているこ
とを特徴とする半導体装置としている。

（ホ）実施例 本発明の実施例について添付図面を参照して説明する。

謁１図において、本発明の半導体装直に、例えばヒ化ガ
リウムの基本１を有し、その上ＶｃＮ〈ドープした１層
２１ｃエピタキシヤル成長させ十 障壁構造に対し電気的接触させる。前記０層２μ典型的
にμ数ミクロンの厚さにし、例えば３〜４Ｘ１０　／ｃ
ｒｎ　の範囲のａ度にドープする。

ｎｕ層５は、数千オングストローム（Ａ）の厚さで、Ｉ
−２上に成長する。核層ｓＨ例えは１０〜５Ｘ１０　７
ｃｍ　の範囲の濃度にドープする。約０５ミクロンの厚
さまでの実質的に非ドープされた半導体層４を前記層３
上に成長する。

約１０〜５００Ａの厚さで、例えば１０１７−１０１９
／／７７＋５の範囲のドープ濃度のＰ型層５を次いで前
記層４上に成長させ、その上に、約１５ミクロンの１４
さまでの実質的な非ドープ層６を形成する。

次いで、数千への厚さの第２のｎ型層７を層６上に成長
させる。核層７のドープ濃度は、例え１７　　　　　　
　　　Ｉｌｌ　　　　５ば１０〜３　ｘ　１０　／ｃｎ
ｒ　の範囲の濃度にする。

血くドープされたｎ　層８１ｒ：オーム接触点とし・て
勤〈工うにその上に成長するが、核層は秒１えば約１ミ
クロンの厚さで、３または４Ｘ１０／ｃｒｎのドープ濃
度としてよい。

前記層構造の両側が、次いで層２へとエツチングされ金
属接点９と１０が前記層２の紐出領域上に形成される。

別の金属接点１１がＮ８上に形成される。

層３〜Ｊ曽７によシプレーナドープ障壁構造を形成する
。上記した型式の構造は絢知であるが、周知のｄｌＭの
すべてにおいては、Ｊ曽７のドープ濃度が層５のドープ
濃度と同じになっており、これによって障壁の高さから
すると対称的な電位分布（電位プロフィル）ｔ−生じて
いる。

本発明の構造においては、この点において層３と７のド
ープ濃度が著しく不同−になっている。同じドープ濃度
範囲が２つの層に対して示されているが、層の値は必蒙
な不同−さを与えるような範囲から選択される。層５は
十分に薄く形成して、はぼ完全に空乏化されるようにす
る。図解的なドーププロフィルが、種々の層に対して第
２図に示しである。層７のドープ濃には、ｔａＳのもの
よりも大きいものとして図示されている。これＫよって
、第５図に示すように電子の電位エネルギープロフィル
を生ずることになる。障壁の右側での電位エネルギーレ
ベルは、左側のものよりも高いことが判る。このことは
、障壁の両側での電位エネルギーレベルが等しい周知の
ｆｃ置とは者しくｍ要な差を示している。

明らかなことであるが、ＪｖＪＳと７の相対的なドープ
濃度が維持できるので、層５のドープ濃度ｕＭ７のもの
よりも大となっている。

したがって、それらの層の非対称の効果によってショッ
トキーダイオードおよびＰ−ｎ接合点に見られるものと
同様な組込み電圧全発生する。よって本発明の構造によ
って、従来のプレーナドープ障壁の利点と上記の装置の
利点を組合せることができる。

苓バイアスでの実効障壁の高さにおいて、障壁の一方が
他方のものよりもかなり小さくなっているので、ダイオ
ード構造の順方向の特性が、逆方向の特性を大きく変化
せずとも、顕著に改善しうる。従来のプレーナドープ障
壁構造の等しいドープ濃度音用いずに、上記のような改
善を行なうことは不可能である。

層３と７０ド一プ濃度を適正に選択することによって、
１１流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性全署しく改良することがで
きる。ショットキーｌｓ壁における周知の電子製置（ｎ
）の理想的な特性は次の式で与えられる。

史に、電流−電圧特性の原点における曲率はｄ２■／ｄ
ｖ２に比例するが、これが非対称ドーピングの結果とし
て改良することができる。このような改良は、従来のプ
レーナドープ障壁構造では不可能である。

零バイアス検出器および低駆動ミキサのように、プレー
ナドープ障壁構造にもとづいている半導体装置に対して
は、上記の改良点Ｖ′ｉ亜便な結果をもたらす。その理
由に、その性能は層３と７のドープ濃度間の関係を調整
することによって簡単に改良できるからである。なお、
上記の構造は、種々、変更しうる。例えば、非ドープ中
間半導体層４と６のいずれかを省略できる。

また、前記中間半纏体Ｎ４と６の一力か双方を、例えば
１０〜５　ｘ　１０　　／ｃｎｒ　　の範囲の濃度で軽
く（僅か）ドープしたり型のものにしてもよい。このこ
とによって、高い印加バイアス電圧のもとて半導体装置
の全体的な抵抗全低減しうる。前記中間層４．６の一方
か双方のドーピングは、厚さ方向に段差をつけてもよい
。更に、前記中間層４．乙の一方か双方のドーピングは
、その厚さの第１の部分で増大させ、その厚さの第２の
部分で減少させ、「うねりのある」ドープ濃度曲線をも
つようにしてもよい。

層５および７のいずれかのドープ濃度が十分に高ければ
、層２または層８のいずれかを省略することができる。

ｎ＋ドープ基板が用いられた場合には、層２′（ｆ−省
略できる。上記の例においては、ヒ化ガリウムが前記構
造に適正な基本物質として示唆したが、シリコン、リン
化インジウムまたはヒ化インジウムなど、エピタキシャ
ル成長できて、反対の導電型の層全形成するためにドー
プできる物質が使用できる。その他、粒子ビームエピタ
キシまたは蒸層法など、エピタキシャル成長法を用いて
よい。

第２図のドーピングプロフィルがいろいろな層間の垂直
的なステップを示すが、層間で漸増的な推移を与えるこ
とがより便利である。なお、層２，３．７および８１ｒ
ｉ　ｎ型物質として示され、かつ層５がＰ型として示さ
れているが、導電型を、逆にすることができる。

中間層４と６の相対的な幅が、第５図中のプロフィルの
ピークを位置ぎめするために選択することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプレーナドープ障壁構造をとり入
れている半導体装置の断面図、第２図は第１図の障壁の
図解的なドーピングプロフィル、および第３図は第１図
の障壁構造の電子の電位エネルギーの図解プロフィル、
をそれぞれ示す。 図中、１はヒ化ガリウム基板、２は重くドープしたｎ層
、５はｎ型層、４は非ドープ半導体層、５はＰ型層、６
ｆ″ｉ非ドープノー、７は第２のｎ型層、８は重くドー
プしたｎ十層、９と１０は金属接触点、１１Ｆｉ別の金
属接触点、をそれぞれ示す。 特許出願人　ザ　ゼネラル　エレクトリックカンパニー
、　ビー、エル、７−０ 代　　理　　人　　飯　　１）　伸　　行　　　　　１
・　、１ 図面の浄書 ”Ｆｉｇ、２゜ 手続補正書（自発） 平成１年１０月　２日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一方の導電型の第１のドープされた半導体層（３）
   と、半導体で形成された中間層（４）と、他方の導電型
   で形成され十分に薄くて実質的に完全に空乏化されてい
   るドープされた半導体層と、前記一方の半導体型で形成
   された第２のドープされた半導体層（７）とで構成され
   、前記第１のドープされた半導体層のドープ濃度は前記
   第２のドープされた半導体層で形成したドープ濃度と異
   なることを特徴とするプレーナドープ障壁構造の半導体
   装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載の半導体装置において、
   更に他の導電型の前記ドープされた半導体層（５）と前
   記第２のドープされた半導体層（７）間に設けられた半
   導体で形成された別の中間層（６）を有することを特徴
   とするプレーナドープ障壁構造の半導体装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装
   置において、前記中間層（４）および前記別の中間層（
   ６）のいずれかまたは双方が実質的に非ドープされてい
   ることを特徴とする前記半導体装置。 ４）特許請求の範囲第１項または第２項記載の半導体装
   置において、前記中間層（４）および前記別の中間層（
   ６）の一方または双方が、前記一方の導電型を僅かにド
   ープされた形成されていることを特徴とする前記半導体
   装置。 ５）特許請求の範囲第４項記載の半導体装置において、
   前記中間層（４）および前記別の中間層（６）のいずれ
   か、または双方は厚によつて変化する濃度でドープされ
   ていることを特徴とする前記半導体装置。 ６）特許請求の範囲第５ａ記載の半導体装置において、
   前記中間層（４）および前記別の中間層（６）のいずれ
   かまたは双方は層の厚さの第１の部分が増大し、その厚
   さの第２の部分が低減している濃度でドープされている
   ことを特徴とする前記半導体装置。 ７）前記特許請求の範囲いずれか１項記載の半導体装置
   において、前記一方の導電体の半導体で形成され、前記
   第１および第２のドープされた半導体層よりも大なるド
   ープ濃度で形成され、前記第１および第２の半導体層と
   接触して設けられ電気的接点を与えている第５および第
   ４の層（２、８）を備えていることを特徴とする半導体
   装置。 ８）前記特許請求の範囲いずれか１項記載の半導体装置
   において、前記層（２−８）はエピタキシャルに形成さ
   れていることを特徴とする前記半導体装置。 ９）前記特許請求の範囲いずれか、項記載の半導体装置
   において前記一方の導電体で形成された前記層（３、７
   ）はｎ型層であり、前記他方の導電体で形成された前記
   層（５）はＰ型層であることを特徴とする前記半導体装
   置。 １０）前記特許請求の範囲いずれか１項記載の半導体装
   置において、前記層（２−８）の基本物質はヒ化ガリウ
   ム、シリコン、リン化インジウム、ヒ化インジウムから
   選択されていることを特徴とする前記半導体装置。 １１）前記特許請求の範囲いずれか１項記載のプレーナ
   ドープ障壁構造の半導体装置。 １２）プレーナドープ障壁構造の半導体装置の製法であ
   つて、一方の導電型のドープされた半導体の第１層（３
   ）を設ける段階と、その上に半導体の中間層（４）を形
   成する段階と、他方の導電型のドープされた半導体の実
   質的に完全に空乏化された層（５）をその上に形成する
   段階と、前記一方の導電型のドープされた半導体で形成
   され、かつ前記第１のドープされた半導体層とはドープ
   濃度が異なる第２の層（７）を半導体の別の中間層（６
   ）上に形成する段階からなることを特徴とする前記半導
   体装置の製法。 １３）特許請求の範囲第１２項記載の半導体装置の製法
   において、前記中間層（４）または前記中間層（６）は
   実質的に非ドープされることを特徴とする半導体装置の
   製法。 １４）特許請求の範囲第１２項記載の製法において、前
   記中間層（４）または前記別の中間層（６）は前記一方
   の導電型で僅かドープされて形成されることを特徴とす
   る半導体装置の製法。 １５）特許請求の範囲第１４項記載の製法において、前
   記中間層（４）または前記別の中間層（６）は該層の厚
   さと共に変化する濃度で僅かにドープされることを特徴
   とする半導体装置の製法。 １６）特許請求の範囲第１５項記載の製法において、前
   記中間層（４）または前記別の中間層（６）は、その厚
   さの第１の部分で増大し、その厚さの第２の部分で低減
   する濃度で僅かにドープされることを特徴とする半導体
   装置の製法。