JPH06314802A - ガンダイオード - Google Patents
ガンダイオードInfo
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- JPH06314802A JPH06314802A JP5103223A JP10322393A JPH06314802A JP H06314802 A JPH06314802 A JP H06314802A JP 5103223 A JP5103223 A JP 5103223A JP 10322393 A JP10322393 A JP 10322393A JP H06314802 A JPH06314802 A JP H06314802A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs ／ＩｎＰヘテロ接合を具
備してなるガンダイオードに於て、当該素子の高性能化
をを図る。 【構成】 ヘテロ接合を構成するＩｎＰ層側に歪を設け
た接合を具備させる。 【効果】 電子移動度の格段の向上がなされ高速応答が
果たされる。
備してなるガンダイオードに於て、当該素子の高性能化
をを図る。 【構成】 ヘテロ接合を構成するＩｎＰ層側に歪を設け
た接合を具備させる。 【効果】 電子移動度の格段の向上がなされ高速応答が
果たされる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波領域での発振
用デバイスとして利用される化合物半導体材料を用いた
ガンダイオード、特にＧａＩｎＡｓ混晶とＩｎＰとのヘ
テロ接合からなる高速応答性を有する新たな高性能ガン
ガイオードに関する。
用デバイスとして利用される化合物半導体材料を用いた
ガンダイオード、特にＧａＩｎＡｓ混晶とＩｎＰとのヘ
テロ接合からなる高速応答性を有する新たな高性能ガン
ガイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の持つ重要な特性の一つであるガ
ン（Ｇｕｎｎ）効果（電子遷移効果）を利用したデバイ
スとしていわゆるガンダイオード（Ｇｕｎｎ ｄｉｏｄ
ｅ）が知られている。現状ではヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）半導体を母体材料としたガンダイオードなどが実用
化されるており、マイクロ波帯域に於ける発振デバイス
として或はまたドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）センサー
などにも用いられており産業界で既に多用されている。
ン（Ｇｕｎｎ）効果（電子遷移効果）を利用したデバイ
スとしていわゆるガンダイオード（Ｇｕｎｎ ｄｉｏｄ
ｅ）が知られている。現状ではヒ化ガリウム（ＧａＡ
ｓ）半導体を母体材料としたガンダイオードなどが実用
化されるており、マイクロ波帯域に於ける発振デバイス
として或はまたドップラー（Ｄｏｐｐｌｅｒ）センサー
などにも用いられており産業界で既に多用されている。
【０００３】ガンダイオードには従来から上記のＧａＡ
ｓやリン化インジウム（ＩｎＰ）等の III−Ｖ族化合物
半導体が主に使用されている。ガンダイオードは半導体
結晶体にある値を越えた電界を印加した場合に生ずる、
半導体内の電子の伝導帯間の電子遷移による負性抵抗の
発生を利用した電子デバイスである。このガンダイオー
ドの動作原理とも言うべき負性抵抗を発生する半導体に
は物性面からの制約がある。例えば、伝導帯間のエネル
ギー差が０．２６ｅＶ以上必要とされることなどである
（例えば、R.J. Chaffin, "Microwave Semiconductor D
evices"(John Wiley & Sons, Inc), p.243参照）。
ｓやリン化インジウム（ＩｎＰ）等の III−Ｖ族化合物
半導体が主に使用されている。ガンダイオードは半導体
結晶体にある値を越えた電界を印加した場合に生ずる、
半導体内の電子の伝導帯間の電子遷移による負性抵抗の
発生を利用した電子デバイスである。このガンダイオー
ドの動作原理とも言うべき負性抵抗を発生する半導体に
は物性面からの制約がある。例えば、伝導帯間のエネル
ギー差が０．２６ｅＶ以上必要とされることなどである
（例えば、R.J. Chaffin, "Microwave Semiconductor D
evices"(John Wiley & Sons, Inc), p.243参照）。
【０００４】近年、ガンダイオードに於いても低消費電
力化や或はまた高速化の要望が高まっている。これらの
要望を満たすには負性抵抗を出来るだけ低い電界で発生
させるいわゆる低しきい値電圧を有し、なお且つ高い移
動度を有する半導体材料の取捨選択が必要である。最近
では、従来のＧａＡｓやＩｎＰ結晶の２元系 III−Ｖ族
化合物半導体に替わり、低しきい値電圧を持つガリウム
（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）とアンチモン（Ｓｂ）の
３元素から構成されるアンチモン化ガリウム・インジウ
ム（Ｇａx Ｉｎ1-x Ｓｂ、ここで xは混晶比を表す）混
晶や、室温で高い電子移動度が発現される可能性のある
Ｇａ、Ｉｎとヒ素（Ａｓ）からなるヒ化ガリウム・イン
ジウム（Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs ）混晶が高性能ガンダイオ
ード用の半導体材料として注目されるに至っている。
力化や或はまた高速化の要望が高まっている。これらの
要望を満たすには負性抵抗を出来るだけ低い電界で発生
させるいわゆる低しきい値電圧を有し、なお且つ高い移
動度を有する半導体材料の取捨選択が必要である。最近
では、従来のＧａＡｓやＩｎＰ結晶の２元系 III−Ｖ族
化合物半導体に替わり、低しきい値電圧を持つガリウム
（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）とアンチモン（Ｓｂ）の
３元素から構成されるアンチモン化ガリウム・インジウ
ム（Ｇａx Ｉｎ1-x Ｓｂ、ここで xは混晶比を表す）混
晶や、室温で高い電子移動度が発現される可能性のある
Ｇａ、Ｉｎとヒ素（Ａｓ）からなるヒ化ガリウム・イン
ジウム（Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs ）混晶が高性能ガンダイオ
ード用の半導体材料として注目されるに至っている。
【０００５】しかしながら、上記の様な次世代の高性能
ガンダイオード用材料として有望視されながら、Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｓｂ混晶にあってはそれを成長させる困難さな
どから、またＧａx Ｉｎ1-x Ａs 混晶にあってはＩｎＰ
結晶基板上に形成する際に期待したほど高い室温電子移
動度が得られず、いずれもこれらの混晶を利用したガン
ダイオードは本格的に実現するに至っていない。
ガンダイオード用材料として有望視されながら、Ｇａx
Ｉｎ1-x Ｓｂ混晶にあってはそれを成長させる困難さな
どから、またＧａx Ｉｎ1-x Ａs 混晶にあってはＩｎＰ
結晶基板上に形成する際に期待したほど高い室温電子移
動度が得られず、いずれもこれらの混晶を利用したガン
ダイオードは本格的に実現するに至っていない。
【０００６】特に、Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs 混晶は通常硫黄
（Ｓ）や錫（Ｓｎ）を添加してなる低抵抗のｎ形ＩｎＰ
単結晶上にエピタキシャル成長法により形成されるが、
このＩｎＰ結晶基板とＧａx Ｉｎ1-x Ａs 混晶との異種
接合、いわゆるヘテロ接合界面の素性が必ずしも明確と
なっておらず、よって期待される高電子移動度が得られ
ないばかりか、安定した電子移動度も得難く、このため
Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs ／ＩｎＰから成るヘテロ接合を具備
したガンダイオードの実現に大きな支障を来していた。
（Ｓ）や錫（Ｓｎ）を添加してなる低抵抗のｎ形ＩｎＰ
単結晶上にエピタキシャル成長法により形成されるが、
このＩｎＰ結晶基板とＧａx Ｉｎ1-x Ａs 混晶との異種
接合、いわゆるヘテロ接合界面の素性が必ずしも明確と
なっておらず、よって期待される高電子移動度が得られ
ないばかりか、安定した電子移動度も得難く、このため
Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs ／ＩｎＰから成るヘテロ接合を具備
したガンダイオードの実現に大きな支障を来していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】高電子移動度を顕現す
るという観点からＧａx Ｉｎ1-x Ａs ／ＩｎＰから成る
ヘテロ接合の形成方法を検討し、高性能ガンダイオード
の実現に必要とされる高電子移動度化を果たすことを目
的とする。
るという観点からＧａx Ｉｎ1-x Ａs ／ＩｎＰから成る
ヘテロ接合の形成方法を検討し、高性能ガンダイオード
の実現に必要とされる高電子移動度化を果たすことを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs とＩ
ｎＰとによる異種（ヘテロ）接合の界面より、当該ヘテ
ロ接合を形成するＩｎＰ層内に至る深さ５０ｎｍの範囲
内にＩｎＰの歪層を設けることにより高電子移動度を顕
現する。
ｎＰとによる異種（ヘテロ）接合の界面より、当該ヘテ
ロ接合を形成するＩｎＰ層内に至る深さ５０ｎｍの範囲
内にＩｎＰの歪層を設けることにより高電子移動度を顕
現する。
【０００９】通常、ガンダイオードへの応用を考慮した
Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs とＩｎＰとのヘテロ接合の形成に当
たっては、ＳもしくはＳｎ等を添加した低抵抗のｎ形Ｉ
ｎＰ単結晶基板が使用される。実用上は比抵抗が１ｍΩ
・ｃｍ前後のＩｎＰ単結晶を基板として用いるのが一般
的であり、これらの結晶は液体封止チョクラルスキー
（ＬＥＣ）法や、最近ではＶＢ法と称される垂直ブリッ
ジマン法等により容易に製作でき、本発明の様なＧａＩ
ｎＡｓ／ＩｎＰヘテロ接合の形成に当り基板となる結晶
の入手等に支障を来す恐れはない。
Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs とＩｎＰとのヘテロ接合の形成に当
たっては、ＳもしくはＳｎ等を添加した低抵抗のｎ形Ｉ
ｎＰ単結晶基板が使用される。実用上は比抵抗が１ｍΩ
・ｃｍ前後のＩｎＰ単結晶を基板として用いるのが一般
的であり、これらの結晶は液体封止チョクラルスキー
（ＬＥＣ）法や、最近ではＶＢ法と称される垂直ブリッ
ジマン法等により容易に製作でき、本発明の様なＧａＩ
ｎＡｓ／ＩｎＰヘテロ接合の形成に当り基板となる結晶
の入手等に支障を来す恐れはない。
【００１０】一般的にはこれらＩｎＰ単結晶基板上に緩
衝層（バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）層）となるＩｎＰエピ
タキシャル層とＧａx Ｉｎ1-x Ａｓエピタキシャル層と
を堆積させヘテロ接合を形成する。ＩｎＰバッファ層を
ＩｎＰ結晶基板上に設けるのは、例えば結晶基板に含ま
れる不純物のＧａx Ｉｎ1-x Ａｓエピタキシャル成長層
への拡散を抑制できるなどの効果が得られる。かつま
た、結晶基板に存在する結晶欠陥等のエピタキシャル成
長層への伝幡を抑制するなどの効果を生じるため電子移
動度の向上をもたらす効果が有るからである。しかし、
最近ではＩｎＰ単結晶育成技術の進展により高品質のＩ
ｎＰ単結晶が育成できる様になり、必ずしもＩｎＰバッ
ファ層を設ける必要性も薄くなりつつある。
衝層（バッファ（ｂｕｆｆｅｒ）層）となるＩｎＰエピ
タキシャル層とＧａx Ｉｎ1-x Ａｓエピタキシャル層と
を堆積させヘテロ接合を形成する。ＩｎＰバッファ層を
ＩｎＰ結晶基板上に設けるのは、例えば結晶基板に含ま
れる不純物のＧａx Ｉｎ1-x Ａｓエピタキシャル成長層
への拡散を抑制できるなどの効果が得られる。かつま
た、結晶基板に存在する結晶欠陥等のエピタキシャル成
長層への伝幡を抑制するなどの効果を生じるため電子移
動度の向上をもたらす効果が有るからである。しかし、
最近ではＩｎＰ単結晶育成技術の進展により高品質のＩ
ｎＰ単結晶が育成できる様になり、必ずしもＩｎＰバッ
ファ層を設ける必要性も薄くなりつつある。
【００１１】上記のヘテロ接合を構成するＩｎＰ層並び
にＧａＩｎＡｓ層の成長方法には特に制限はなく、液相
エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）、分子線エピタキシ
ャル成長法（ＭＢＥ法）や有機金属熱分解気相成長法、
いわゆるＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法に加え、ＭＢＥ法
とＭＯＣＶＤ法双方の複合させたＭＯ・ＭＢＥ法などが
適用できると考えられる。しかし、現状では蒸気圧が比
較的高いリン（Ｐ）を含むＩｎＰ等の半導体薄膜の成長
にはＭＢＥ法よりももっぱらＭＯＣＶＤ法が多用されて
おり、特にＩｎの出発原料として結合価が１価のシクロ
ペンタジエニルインジウム（Ｃ5 Ｈ5 Ｉｎ）を使用する
ＭＯＣＶＤ法では、従来困難とされていた常圧（大気
圧）下に於いても高品位のＩｎＰ並びにＧａＩｎＡｓな
どを得ることができる。また、ＩｎＰ層を例えばＭＯＣ
ＶＤで成長させ、Ｐを含まないＧａx Ｉｎ1-xＡs 層は
ＭＢＥ法で成長させるなど、双方で成長方法を異にして
も支障は無く、唯一の成長法で当該ヘテロ接合を形成す
る各層を設ける必要はなく、層毎に成長方法を異にして
も良いのは勿論である。
にＧａＩｎＡｓ層の成長方法には特に制限はなく、液相
エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）、分子線エピタキシ
ャル成長法（ＭＢＥ法）や有機金属熱分解気相成長法、
いわゆるＭＯＣＶＤ（ＭＯＶＰＥ）法に加え、ＭＢＥ法
とＭＯＣＶＤ法双方の複合させたＭＯ・ＭＢＥ法などが
適用できると考えられる。しかし、現状では蒸気圧が比
較的高いリン（Ｐ）を含むＩｎＰ等の半導体薄膜の成長
にはＭＢＥ法よりももっぱらＭＯＣＶＤ法が多用されて
おり、特にＩｎの出発原料として結合価が１価のシクロ
ペンタジエニルインジウム（Ｃ5 Ｈ5 Ｉｎ）を使用する
ＭＯＣＶＤ法では、従来困難とされていた常圧（大気
圧）下に於いても高品位のＩｎＰ並びにＧａＩｎＡｓな
どを得ることができる。また、ＩｎＰ層を例えばＭＯＣ
ＶＤで成長させ、Ｐを含まないＧａx Ｉｎ1-xＡs 層は
ＭＢＥ法で成長させるなど、双方で成長方法を異にして
も支障は無く、唯一の成長法で当該ヘテロ接合を形成す
る各層を設ける必要はなく、層毎に成長方法を異にして
も良いのは勿論である。
【００１２】また、前記Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs の混晶比ｘ
については、ｘ＝０．４７とするのが望ましい。何故な
らば、ＩｎＰに格子整合するＧａx Ｉｎ1-x Ａs の混晶
比ｘ＝０．４７から混晶比がずれるに伴いＧａx Ｉｎ
1-x Ａs とＩｎＰとの格子定数の差、即ち格子不整合も
顕著となり多量の結晶欠陥等を誘発し結晶性の低下を招
くばかりか、電子移動度の低下等の電気的特性をも悪化
させガンダイオードの特性上多大な悪影響を来すからで
ある。
については、ｘ＝０．４７とするのが望ましい。何故な
らば、ＩｎＰに格子整合するＧａx Ｉｎ1-x Ａs の混晶
比ｘ＝０．４７から混晶比がずれるに伴いＧａx Ｉｎ
1-x Ａs とＩｎＰとの格子定数の差、即ち格子不整合も
顕著となり多量の結晶欠陥等を誘発し結晶性の低下を招
くばかりか、電子移動度の低下等の電気的特性をも悪化
させガンダイオードの特性上多大な悪影響を来すからで
ある。
【００１３】また、本発明に係わる上記Ｇａx Ｉｎ1-x
Ａs 層の膜厚（ここでは仮にｄ（ｃｍ）とする）はダイ
オードの発振周波数（ここでは仮にｆ（Ｈｚ）とする）
と次式（１）で示される近似関係にある（鈴木 清著、
「マイクロ波回路の基礎」（１９７９年啓学出版）１０
４頁参照）。 ｆ（Ｈｚ）＝１０7 ／ｄ ・・・（１） 従って、エピタキシャル層の膜厚は所望の周波数から上
記の関係式（１）により求めた値の近傍に適宣設定すれ
ば良い。
Ａs 層の膜厚（ここでは仮にｄ（ｃｍ）とする）はダイ
オードの発振周波数（ここでは仮にｆ（Ｈｚ）とする）
と次式（１）で示される近似関係にある（鈴木 清著、
「マイクロ波回路の基礎」（１９７９年啓学出版）１０
４頁参照）。 ｆ（Ｈｚ）＝１０7 ／ｄ ・・・（１） 従って、エピタキシャル層の膜厚は所望の周波数から上
記の関係式（１）により求めた値の近傍に適宣設定すれ
ば良い。
【００１４】上記の範囲にある混晶比と所望とする周波
数から求められる膜厚を有するＧａx Ｉｎ1-x Ａs 層と
ＩｎＰバッファ層とで、或はまたＩｎＰ結晶基板とでヘ
テロ接合を形成する場合、これらの異種材料を単に接合
させたのみでは高い電子移動度を得ることは難しい。本
発明者らが高電子移動度化のためにこのヘテロ接合の形
成方法につき、エピタキシャル成長層の組成、成長温
度、成長速度等の基本的条件について鋭意検討を進めた
結果、エピタキシャル成長層内に存在する歪の有無によ
って電子移動度が極端に左右されることを見出し本発明
に至った。即ち、本発明では上記のヘテロ界面よりＩｎ
Ｐ層側、或はＧａx Ｉｎ1-x Ａs層をＩｎＰバッファ層
を介せずに直接ＩｎＰ単結晶基板上に設ける場合にあっ
ては当該ＩｎＰ結晶基板側のヘテロ界面より５０ｎｍ以
内の領域に歪層を設けることにより当該エピタキシャル
ウエハの高電子移動度化を達成したものである。
数から求められる膜厚を有するＧａx Ｉｎ1-x Ａs 層と
ＩｎＰバッファ層とで、或はまたＩｎＰ結晶基板とでヘ
テロ接合を形成する場合、これらの異種材料を単に接合
させたのみでは高い電子移動度を得ることは難しい。本
発明者らが高電子移動度化のためにこのヘテロ接合の形
成方法につき、エピタキシャル成長層の組成、成長温
度、成長速度等の基本的条件について鋭意検討を進めた
結果、エピタキシャル成長層内に存在する歪の有無によ
って電子移動度が極端に左右されることを見出し本発明
に至った。即ち、本発明では上記のヘテロ界面よりＩｎ
Ｐ層側、或はＧａx Ｉｎ1-x Ａs層をＩｎＰバッファ層
を介せずに直接ＩｎＰ単結晶基板上に設ける場合にあっ
ては当該ＩｎＰ結晶基板側のヘテロ界面より５０ｎｍ以
内の領域に歪層を設けることにより当該エピタキシャル
ウエハの高電子移動度化を達成したものである。
【００１５】この歪をＩｎＰ層もしくはＩｎＰ基板内に
設ける方法にあっては、いくつかの方法があるが、例え
ばＩｎＰ層にＧａx Ｉｎ1-x Ａs 層を成長させる場合に
は、その成長の初期に混晶比を故意に変化させることに
よってＩｎＰ層内に歪を発生させ得る。あるいはまた成
長温度を高くしたり、成長速度を早めることによっても
歪が発生する。
設ける方法にあっては、いくつかの方法があるが、例え
ばＩｎＰ層にＧａx Ｉｎ1-x Ａs 層を成長させる場合に
は、その成長の初期に混晶比を故意に変化させることに
よってＩｎＰ層内に歪を発生させ得る。あるいはまた成
長温度を高くしたり、成長速度を早めることによっても
歪が発生する。
【００１６】混晶比を変化させる場合について説明すれ
ば、ＩｎＰと格子整合するＧａx Ｉｎ1-x ＡｓのＧａ混
晶比ｘは０．４７であり、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓの混晶
結晶を成長させるならば歪は発生し難い。混晶比ｘが
０．４７からずれるに従いＩｎＰ結晶に歪を及ぼす結果
となる。このように格子不整合を利用してＩｎＰに歪を
与えるには、混晶比ｘを０．４７から±０．６以内の範
囲でずらせばよい。混晶比ｘが０．４７からずれるに従
い歪は大きくなるが、結晶内の電子移動度が低くなる欠
点が生じるからである。
ば、ＩｎＰと格子整合するＧａx Ｉｎ1-x ＡｓのＧａ混
晶比ｘは０．４７であり、Ｇａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓの混晶
結晶を成長させるならば歪は発生し難い。混晶比ｘが
０．４７からずれるに従いＩｎＰ結晶に歪を及ぼす結果
となる。このように格子不整合を利用してＩｎＰに歪を
与えるには、混晶比ｘを０．４７から±０．６以内の範
囲でずらせばよい。混晶比ｘが０．４７からずれるに従
い歪は大きくなるが、結晶内の電子移動度が低くなる欠
点が生じるからである。
【００１７】また、格子不整合層の厚さが厚くなると電
子移動度の低い領域が厚くなるので好ましくない。従っ
て適当な格子定数のずれを有するエピタキシャル層を歪
を発生させるに充分な範囲でなるべく積載させるのがよ
い。具体的には混晶比が０．４７から±０．５ずれた結
晶を２０〜１００ｎｍの厚さで成長させればよい。格子
不整合層の上にさらにＧａ混晶比が０．４７の格子整合
するＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ層を、厚さ数百〜数千ｎｍで
積載する。この層は電子移動度が高いのでガンダイオー
ドの性能向上に有用である。
子移動度の低い領域が厚くなるので好ましくない。従っ
て適当な格子定数のずれを有するエピタキシャル層を歪
を発生させるに充分な範囲でなるべく積載させるのがよ
い。具体的には混晶比が０．４７から±０．５ずれた結
晶を２０〜１００ｎｍの厚さで成長させればよい。格子
不整合層の上にさらにＧａ混晶比が０．４７の格子整合
するＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ層を、厚さ数百〜数千ｎｍで
積載する。この層は電子移動度が高いのでガンダイオー
ドの性能向上に有用である。
【００１８】この様なエピタキシャルウエハを母体材料
としてガンダイオードを製作する。製作に当たっては公
知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術等の加工
技術を駆使しメサ（ｍｅｓａ）型の素子を形成する。然
る後、これまた通常の手法に依りオーミック電極を形成
する。ここではオーミック性電極としてゲルマニウム
（Ｇｅ）を重量にして約１３％含む金（Ａｕ）・Ｇｅ合
金を使用するが、電極材料としては別段これに限定され
ることはなく、また同様のＡｕＧｅ合金でＧｅの含有量
が異なっても勿論差し支えはない。更にこの様な工程を
経たウエハの表面にプラズマＣＶＤ法により絶縁性を有
する二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）を堆積させ、上記電極部以
外の領域を被覆する。絶縁被覆膜としては例えば窒化珪
素（ＳｉＮ）などであっても良い。
としてガンダイオードを製作する。製作に当たっては公
知のフォトリソグラフィ技術、エッチング技術等の加工
技術を駆使しメサ（ｍｅｓａ）型の素子を形成する。然
る後、これまた通常の手法に依りオーミック電極を形成
する。ここではオーミック性電極としてゲルマニウム
（Ｇｅ）を重量にして約１３％含む金（Ａｕ）・Ｇｅ合
金を使用するが、電極材料としては別段これに限定され
ることはなく、また同様のＡｕＧｅ合金でＧｅの含有量
が異なっても勿論差し支えはない。更にこの様な工程を
経たウエハの表面にプラズマＣＶＤ法により絶縁性を有
する二酸化珪素（ＳｉＯ2 ）を堆積させ、上記電極部以
外の領域を被覆する。絶縁被覆膜としては例えば窒化珪
素（ＳｉＮ）などであっても良い。
【００１９】上記の如く歪を有するエピタキシャルウエ
ハから製作されたガンダイオードを電気的測定の評価に
共した。従来の歪を具備しないウエハから製作されたガ
ンダイオードとで特性の比較を行った結果、本発明に基
づく歪を有する新たなガンダイオードにあっては、従来
になく低いしきい値電圧で負性抵抗現象が認められ、且
つまた高速な応答性も得られることが確認された。
ハから製作されたガンダイオードを電気的測定の評価に
共した。従来の歪を具備しないウエハから製作されたガ
ンダイオードとで特性の比較を行った結果、本発明に基
づく歪を有する新たなガンダイオードにあっては、従来
になく低いしきい値電圧で負性抵抗現象が認められ、且
つまた高速な応答性も得られることが確認された。
【００２０】
【作用】歪層を設けることにより、高性能ガンダイオー
ドの実現に必須の電子移動度の向上を果たせる。
ドの実現に必須の電子移動度の向上を果たせる。
【００２１】
【実施例】以下、本発明を実施例を基に具体的に説明す
る。 （実施例）図１は本発明に係わるＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ
ヘテロ構造ガンダイオードの模式的な断面図の一例を示
す。図１の（１０１）は、当該ヘテロ接合を形成するに
あたり、基板として使用した硫黄（Ｓ）を添加してなる
面方位（１００）の低抵抗のＩｎＰ単結晶である。本実
施例では比抵抗が約１ｍΩ・ｃｍの結晶を用いた。同図
中（１０２）は結晶基板（１０１）上にＣ5 Ｈ5 Ｉｎを
Ｉｎ源とする常圧のＭＯＣＶＤ法で成長させた膜厚が約
１００ｎｍの無添加（アンドープ）ＩｎＰエピタキシャ
ルバッファ層である。
る。 （実施例）図１は本発明に係わるＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰ
ヘテロ構造ガンダイオードの模式的な断面図の一例を示
す。図１の（１０１）は、当該ヘテロ接合を形成するに
あたり、基板として使用した硫黄（Ｓ）を添加してなる
面方位（１００）の低抵抗のＩｎＰ単結晶である。本実
施例では比抵抗が約１ｍΩ・ｃｍの結晶を用いた。同図
中（１０２）は結晶基板（１０１）上にＣ5 Ｈ5 Ｉｎを
Ｉｎ源とする常圧のＭＯＣＶＤ法で成長させた膜厚が約
１００ｎｍの無添加（アンドープ）ＩｎＰエピタキシャ
ルバッファ層である。
【００２２】次に、ＩｎＰ層（１０２）上に混晶比が
０．４２で、約１００ｎｍの膜厚を有するＧａ0.42Ｉｎ
0.58Ａｓエピタキシャル層（１０３）をこれまた上記の
常圧ＭＯＣＶＤ成長法で設け、ＩｎＰに格子整合しない
混晶比のＧａＩｎＡｓ層を敢えて設けることによりヘテ
ロ界面を構成するＩｎＰ層（１０２）内に歪層（１０
４）を形成した。歪層の厚さはＸ線回折の結果ヘテロ界
面から約４５ｎｍにおよんでいることが判明した。更に
ＩｎＰと格子整合する混晶比のＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ層
（１０５）を厚さ約６００ｎｍで堆積させた。Ｇａ0.47
Ｉｎ0.53Ａｓ層（１０５）のキャリア濃度は１×１０15
cm-3 から２×１０16 cm-3 の範囲内で適宣、調整し
た。この構成からなるエピタキシャウウエハの室温での
電子移動度は約１０，０００〜１２，０００ｃｍ2 ／Ｖ
・ｓであった。ちなみに、本発明に係わる歪を設けない
場合にあっては高々、６，０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ程度の
電子移動度であった。この様な構造のウエハを公知のフ
ォトリソグラフィー法並びにエッチング法を駆使して適
宣、プロセス上の加工を施した。然る後、入力用（１０
６ａ）並びに出力用電極（１０６ｂ）となすべくゲルマ
ニウムを約１３重量％で含有する金・ゲルマニウム（Ａ
ｕ・Ｇｅ）合金をウエハの表裏面共、全面に真空蒸着せ
しめた。その後、ウエハ表面側に真空蒸着されたＡｕ・
Ｇｅ合金を公知のフォトリソグラフィー技術とエッチン
グ技術により加工し円形の電極を形成した。裏面に蒸着
させたＡｕ・Ｇｅ合金膜は加工を施さず全面に被着させ
たままとした。然る後、ウエハを温度４２０℃で、時間
にして３分間熱処理せしめオーミック性電極（１０６
ａ、１０６ｂ）を形成した。
０．４２で、約１００ｎｍの膜厚を有するＧａ0.42Ｉｎ
0.58Ａｓエピタキシャル層（１０３）をこれまた上記の
常圧ＭＯＣＶＤ成長法で設け、ＩｎＰに格子整合しない
混晶比のＧａＩｎＡｓ層を敢えて設けることによりヘテ
ロ界面を構成するＩｎＰ層（１０２）内に歪層（１０
４）を形成した。歪層の厚さはＸ線回折の結果ヘテロ界
面から約４５ｎｍにおよんでいることが判明した。更に
ＩｎＰと格子整合する混晶比のＧａ0.47Ｉｎ0.53Ａｓ層
（１０５）を厚さ約６００ｎｍで堆積させた。Ｇａ0.47
Ｉｎ0.53Ａｓ層（１０５）のキャリア濃度は１×１０15
cm-3 から２×１０16 cm-3 の範囲内で適宣、調整し
た。この構成からなるエピタキシャウウエハの室温での
電子移動度は約１０，０００〜１２，０００ｃｍ2 ／Ｖ
・ｓであった。ちなみに、本発明に係わる歪を設けない
場合にあっては高々、６，０００ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ程度の
電子移動度であった。この様な構造のウエハを公知のフ
ォトリソグラフィー法並びにエッチング法を駆使して適
宣、プロセス上の加工を施した。然る後、入力用（１０
６ａ）並びに出力用電極（１０６ｂ）となすべくゲルマ
ニウムを約１３重量％で含有する金・ゲルマニウム（Ａ
ｕ・Ｇｅ）合金をウエハの表裏面共、全面に真空蒸着せ
しめた。その後、ウエハ表面側に真空蒸着されたＡｕ・
Ｇｅ合金を公知のフォトリソグラフィー技術とエッチン
グ技術により加工し円形の電極を形成した。裏面に蒸着
させたＡｕ・Ｇｅ合金膜は加工を施さず全面に被着させ
たままとした。然る後、ウエハを温度４２０℃で、時間
にして３分間熱処理せしめオーミック性電極（１０６
ａ、１０６ｂ）を形成した。
【００２３】次に、素子化されたウエハの表面を通常の
プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2 絶縁膜（１０７）で電
極部以外の領域を被覆し，電極部を円形に露出させた。
このＳｉＯ2 膜（１０７）の厚さは約３００ｎｍとし
た。
プラズマＣＶＤ法によるＳｉＯ2 絶縁膜（１０７）で電
極部以外の領域を被覆し，電極部を円形に露出させた。
このＳｉＯ2 膜（１０７）の厚さは約３００ｎｍとし
た。
【００２４】上述の如く作成したガンダイオードを電気
的な特性評価に供し、本発明に係わる場合と従来例とで
特性を対比させた。従来例とは前術の歪を具備してない
ものの、それ以外は全く同一の上述の工程を経て製作さ
れたＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰヘテロ接合ガンダイオードを
指す。特性を対比させた結果として、本発明に係わる歪
を具備した新たなガンダイオードと従来のガンダイオー
ドでは発振周波数にさしたる差異は認められなかったも
のの、応答速度は約３０〜４０ｐｓと従来に無い高速応
答性が発揮された。
的な特性評価に供し、本発明に係わる場合と従来例とで
特性を対比させた。従来例とは前術の歪を具備してない
ものの、それ以外は全く同一の上述の工程を経て製作さ
れたＧａＩｎＡｓ／ＩｎＰヘテロ接合ガンダイオードを
指す。特性を対比させた結果として、本発明に係わる歪
を具備した新たなガンダイオードと従来のガンダイオー
ドでは発振周波数にさしたる差異は認められなかったも
のの、応答速度は約３０〜４０ｐｓと従来に無い高速応
答性が発揮された。
【００２５】
【発明の効果】本発明に依れば、単純な操作によりガン
ダイオードの製作に供されるエピタキシャルウエハの電
子移動度を向上でき、もって、ガンダイオードの応答速
度を格段に向上させる効果をもたらす。
ダイオードの製作に供されるエピタキシャルウエハの電
子移動度を向上でき、もって、ガンダイオードの応答速
度を格段に向上させる効果をもたらす。
【図１】本発明に係わるガンダイオードの断面を概略的
に示す図である。
に示す図である。
（１０１）・・・・ｎ形ＩｎＰ単結晶基板 （１０２）・・・・ＩｎＰバッファ層 （１０３）・・・・混晶比０．４２のＧａ0.42Ｉｎ0.58
Ａｓ層 （１０４）・・・・歪層 （１０５）・・・・混晶比０．４７のＧａ0.47Ｉｎ0.53
Ａｓ層 （１０６ａ）・・・・オーミック電極 （１０６ｂ）・・・・オーミック電極 （１０７）・・・・ＳｉＯ2 絶縁膜
Ａｓ層 （１０４）・・・・歪層 （１０５）・・・・混晶比０．４７のＧａ0.47Ｉｎ0.53
Ａｓ層 （１０６ａ）・・・・オーミック電極 （１０６ｂ）・・・・オーミック電極 （１０７）・・・・ＳｉＯ2 絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇田川 隆 埼玉県秩父市大字下影森1505番地 昭和電 工株式会社秩父研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 ｎ形リン化インジウム（ＩｎＰ）層及び
ｎ形ヒ化ガリウム・インジウム（Ｇａx Ｉｎ1-x Ａs ）
層からなるヘテロ接合を具備して成るガンダイオードに
於て、該ヘテロ接合界面より当該ヘテロ接合を形成する
ｎ形ＩｎＰ層内に至る５０ｎｍ以内の領域にＩｎＰの歪
層を設けてなることを特徴とするガンダイオード。 - 【請求項２】 ヘテロ接合がＩｎＰ層と、ＩｎＰ層と格
子整合しないＧａＩｎＡｓ層とからなることを特徴とす
る請求項１記載のガンダイオ−ド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5103223A JPH06314802A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | ガンダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5103223A JPH06314802A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | ガンダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06314802A true JPH06314802A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14348499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5103223A Pending JPH06314802A (ja) | 1993-04-28 | 1993-04-28 | ガンダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06314802A (ja) |
-
1993
- 1993-04-28 JP JP5103223A patent/JPH06314802A/ja active Pending
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