JPH0728025B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0728025B2 JPH0728025B2 JP62006078A JP607887A JPH0728025B2 JP H0728025 B2 JPH0728025 B2 JP H0728025B2 JP 62006078 A JP62006078 A JP 62006078A JP 607887 A JP607887 A JP 607887A JP H0728025 B2 JPH0728025 B2 JP H0728025B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は半導体装置に関し、特に合金化プロセスを経ず
に、半導体上へオーミック電極の形成を可能とする不純
物ドーピング層を有する半導体装置に関するものであ
る。
に、半導体上へオーミック電極の形成を可能とする不純
物ドーピング層を有する半導体装置に関するものであ
る。
［従来の技術］ 原子層ドーピングを用いて、トンネル電流を流すことに
より、低抵抗のオーミックコンタクトを形成する方法と
して、金属と半導体の界面近傍の半導体中に一層の原子
層ドーピングを行う方法がある。この方法におけるエネ
ルギバンド図を第３図に示す。この方法においては以下
に示すような２つの欠点がある。
より、低抵抗のオーミックコンタクトを形成する方法と
して、金属と半導体の界面近傍の半導体中に一層の原子
層ドーピングを行う方法がある。この方法におけるエネ
ルギバンド図を第３図に示す。この方法においては以下
に示すような２つの欠点がある。
まず、原子層ドープ層とショットキバリアにより形成
される三角ポテンシャル（第３図参照）を通過するトン
ネル電流を増やさねばならない。このためには原子層ド
ープ層中の不純物が高濃度であり、かつ活性化していな
ければならない。しかし、高濃度に原子層ドーピングを
行うと、不純物準位が深くなり、不純物が十分活性化さ
れず。ショットキバリアの高さに相当する電圧よりも大
きな電圧降下は得ることができず、ノンアロイオーミッ
クコンタクトの実現は困難であった。
される三角ポテンシャル（第３図参照）を通過するトン
ネル電流を増やさねばならない。このためには原子層ド
ープ層中の不純物が高濃度であり、かつ活性化していな
ければならない。しかし、高濃度に原子層ドーピングを
行うと、不純物準位が深くなり、不純物が十分活性化さ
れず。ショットキバリアの高さに相当する電圧よりも大
きな電圧降下は得ることができず、ノンアロイオーミッ
クコンタクトの実現は困難であった。
次に、一層の原子層ドーピングによって、ショットキ
バリアの高さに相当する電圧よりも大きな電圧降下を引
き起こすためには、ドーピング層をある程度、金属と半
導体の界面から離さねばならない。（Appl.Phys.Lett.:
49（５）,1986,292）。しかし、この時には三角ポテン
シャルは厚くなり電子のトンネル確率は低いものとなる
ため、ノンアロイオーミックコンタクトの実現は困難な
ものとなる。
バリアの高さに相当する電圧よりも大きな電圧降下を引
き起こすためには、ドーピング層をある程度、金属と半
導体の界面から離さねばならない。（Appl.Phys.Lett.:
49（５）,1986,292）。しかし、この時には三角ポテン
シャルは厚くなり電子のトンネル確率は低いものとなる
ため、ノンアロイオーミックコンタクトの実現は困難な
ものとなる。
金属と半導体との界面から距離ｄの位置に、シートキャ
リア濃度がNcの原子層ドーピングを行った場合の電圧降
下ΔＶは ΔＶ＝ｑ×ｄ×Nc/ε （１） （ｑは電子電荷、εは誘電率） で与えられる。
リア濃度がNcの原子層ドーピングを行った場合の電圧降
下ΔＶは ΔＶ＝ｑ×ｄ×Nc/ε （１） （ｑは電子電荷、εは誘電率） で与えられる。
ここでは、GaAs中にSiを原子層ドープした例について述
べる。
べる。
原子層ドープ層にSi不純物を面密度で５×1013個／cm2
だけ入れた場合には、そのうちの20％だけがドナとなり
活性化することが報告されている（Jpn.J.Appl.Phys.;2
5，（1986）,L748）。これはSi不純物の準位が深くなっ
ているため、不純物が十分に活性化されていないためで
ある。
だけ入れた場合には、そのうちの20％だけがドナとなり
活性化することが報告されている（Jpn.J.Appl.Phys.;2
5，（1986）,L748）。これはSi不純物の準位が深くなっ
ているため、不純物が十分に活性化されていないためで
ある。
第４図に従来の方法で作製した一層のドープ層を有する
半導体装置の例を示す。この従来例はn-type GaAs基板
１上にノンドープGaAs層２を200［Å］形成した後、Si
不純物を面密度で５×1013個／cm2入れた単原子層ドー
ピング層３を形成した後、再びノンドープGaAs層２をｄ
［Å］形成し、裏面にAuGeNiオーミックコンタクト４を
蒸着し、表面には、Au電極５を蒸着した構造となってい
る。
半導体装置の例を示す。この従来例はn-type GaAs基板
１上にノンドープGaAs層２を200［Å］形成した後、Si
不純物を面密度で５×1013個／cm2入れた単原子層ドー
ピング層３を形成した後、再びノンドープGaAs層２をｄ
［Å］形成し、裏面にAuGeNiオーミックコンタクト４を
蒸着し、表面には、Au電極５を蒸着した構造となってい
る。
接触抵抗ρｃは第４図に示すように、膜厚方向に電圧を
かけ、電流を測定することによって測定するができる。
ｄによる接触抵抗ρｃの変化を第５図に示す。ｄの小さ
いときには、一層の原子層ドープ層による電圧降下がシ
ョットキバリアに相当する電圧よりも小さなためρｃは
高い。また、ｄを大きくすると、三角ポテンシャルが厚
いためρｃは高い。接触抵抗ρｃが最小となるのは式
（１）においてΔＶがショットキバリアの高さに相当す
るｄ＝60［Å］である。しかし、この場合にも、三角ポ
テンシャルが厚いために十分なトンネル電流が流れない
ため、ρｃは高い。
かけ、電流を測定することによって測定するができる。
ｄによる接触抵抗ρｃの変化を第５図に示す。ｄの小さ
いときには、一層の原子層ドープ層による電圧降下がシ
ョットキバリアに相当する電圧よりも小さなためρｃは
高い。また、ｄを大きくすると、三角ポテンシャルが厚
いためρｃは高い。接触抵抗ρｃが最小となるのは式
（１）においてΔＶがショットキバリアの高さに相当す
るｄ＝60［Å］である。しかし、この場合にも、三角ポ
テンシャルが厚いために十分なトンネル電流が流れない
ため、ρｃは高い。
［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上述した従来の欠点、すなわちドーピング層
の活性化率が低下し、トンネル電流が少なかった点を解
決し、良好なノンアロイオーミック電極層を有する半導
体装置を提供することを目的とする。
の活性化率が低下し、トンネル電流が少なかった点を解
決し、良好なノンアロイオーミック電極層を有する半導
体装置を提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ このような目的を達成するために、本発明の金属と半導
体層の界面近傍の該半導体層内に該界面と平行に第１の
不純物ドープ単原子層が形成されており、該第１の不純
物ドープ単原子層より内部に該第１の層と同じ不純物で
ドープされ該第１の層と平行な第２の不純物ドープ単原
子層が形成され、前記第１の不純物ドープ単原子層の前
記界面からの距離が100Å以内であり、かつ前記第２の
不純物ドープ単原子層の前記界面からの距離が500Å以
内であることを特徴とする。
体層の界面近傍の該半導体層内に該界面と平行に第１の
不純物ドープ単原子層が形成されており、該第１の不純
物ドープ単原子層より内部に該第１の層と同じ不純物で
ドープされ該第１の層と平行な第２の不純物ドープ単原
子層が形成され、前記第１の不純物ドープ単原子層の前
記界面からの距離が100Å以内であり、かつ前記第２の
不純物ドープ単原子層の前記界面からの距離が500Å以
内であることを特徴とする。
［作用］ 本発明においては金属と半導体の界面に形成されるポテ
ンシャルを薄くすることにより十分なトンネル電流を流
すために、第１の単原子層ドープ層を金属と半導体界面
に十分に近くして不純物原子の活性化率を極めて高く
し、さらに第２の単原子層ドーピング層と供にショット
キバリアの高さに相当する電圧よりも大きな電圧降下を
引き起こさせる。金属と半導体との界面に近い高濃度の
ドーピング層の不純物準位は深いのにもかかわらず、フ
ェルミレベルよりも上にあるために、すべて活性化され
ることになる。
ンシャルを薄くすることにより十分なトンネル電流を流
すために、第１の単原子層ドープ層を金属と半導体界面
に十分に近くして不純物原子の活性化率を極めて高く
し、さらに第２の単原子層ドーピング層と供にショット
キバリアの高さに相当する電圧よりも大きな電圧降下を
引き起こさせる。金属と半導体との界面に近い高濃度の
ドーピング層の不純物準位は深いのにもかかわらず、フ
ェルミレベルよりも上にあるために、すべて活性化され
ることになる。
このために十分なトンネル電流を流すことができるの
で、ノンアロイオーミックコンタクトの実現が可能であ
る。
で、ノンアロイオーミックコンタクトの実現が可能であ
る。
［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図に本発明の実施例を示す。
第１の不純物ドープ層としてｄ＝10［Å］の位置に５×
1013個／cm2だけSiを単原子層ドープした第１の層3Aを
形成し、さらにｄ＝60［Å］の位置に、第２の不純物ド
ープ層3Bとして活性化率が100％である５×1012個／cm2
のSi単原子層ドーピングを行った構造を作製した。他の
構造は第４図に示した従来例と同じである。
1013個／cm2だけSiを単原子層ドープした第１の層3Aを
形成し、さらにｄ＝60［Å］の位置に、第２の不純物ド
ープ層3Bとして活性化率が100％である５×1012個／cm2
のSi単原子層ドーピングを行った構造を作製した。他の
構造は第４図に示した従来例と同じである。
第１および第２の不純物ドープ層はそれぞれ複数の原子
層からなると、原子層間での不純物の相互作用によって
電子の放出が抑制される。従って両不純物ドープ層はそ
れぞれ単原子層であることが必要である。高濃度の不純
物をドープした単原子層を形成するには、MOCVD法を改
良した流量変調MOCVD法が有効である。
層からなると、原子層間での不純物の相互作用によって
電子の放出が抑制される。従って両不純物ドープ層はそ
れぞれ単原子層であることが必要である。高濃度の不純
物をドープした単原子層を形成するには、MOCVD法を改
良した流量変調MOCVD法が有効である。
このとき、第１の不純物ドープ層の活性化率を従来例と
同様に20％とすると、第１層による電圧降下はΔV1＝0.
14［Ｖ］となり、第２の不純物ドープ層による電圧降下
は、ΔV2＝0.42［Ｖ］であるから、ΔV1＋ΔV2＜φ
B（0.9V）となり、低い接触抵抗ρｃは得られない。し
かし、実際に測定を行なうとρｃ＝１×10-8［Ω・c
m2］程度の極めて低い接触抵抗が得られた。
同様に20％とすると、第１層による電圧降下はΔV1＝0.
14［Ｖ］となり、第２の不純物ドープ層による電圧降下
は、ΔV2＝0.42［Ｖ］であるから、ΔV1＋ΔV2＜φ
B（0.9V）となり、低い接触抵抗ρｃは得られない。し
かし、実際に測定を行なうとρｃ＝１×10-8［Ω・c
m2］程度の極めて低い接触抵抗が得られた。
第２図に本発明における２層の単原子層ドープを行った
構造のエネルギーバンドを示す。
構造のエネルギーバンドを示す。
本発明においてはフェルミレベルよりも上の不純物準位
から電子が放出されることにより、第１層の活性化率が
実質上高くなったために低い接触抵抗が得られる。この
ように第１層の位置における伝導帯とフェルミレベルと
の差を比較的大きくとることにより、不純物の活性化率
を上げることができる。第２図と第３図とを比較すれば
明らかなように金属と半導体との界面付近の電子に対す
るポテンシャルは、従来の三角ポテンシャルに比べ薄く
なり、十分なトンネル電流を流すことができるために、
ノンアロイオーミックコンタクトの実現が可能である。
から電子が放出されることにより、第１層の活性化率が
実質上高くなったために低い接触抵抗が得られる。この
ように第１層の位置における伝導帯とフェルミレベルと
の差を比較的大きくとることにより、不純物の活性化率
を上げることができる。第２図と第３図とを比較すれば
明らかなように金属と半導体との界面付近の電子に対す
るポテンシャルは、従来の三角ポテンシャルに比べ薄く
なり、十分なトンネル電流を流すことができるために、
ノンアロイオーミックコンタクトの実現が可能である。
さらに、第１層および第２層のドーピング量をそれぞれ
５×1013個／cm2,5×1012個／cm2とし、第１層および第
２層の半導体表面からの位置を変え、抵抗率の変化を調
べた。その結果を第１表に示す。第１層の位置が界面か
ら100Åをこえて離れている場合および第２層の位置が5
00Åをこえて離れている場合には10-8Ω・cm2台の低い
抵抗率を得ることはできなかった。従って10-8Ω・cm2
台の低い抵抗率を得るためには、第１層および第２層の
位置は、半導体の表面から、それぞれ100Å,500Å以内
が望ましい。
５×1013個／cm2,5×1012個／cm2とし、第１層および第
２層の半導体表面からの位置を変え、抵抗率の変化を調
べた。その結果を第１表に示す。第１層の位置が界面か
ら100Åをこえて離れている場合および第２層の位置が5
00Åをこえて離れている場合には10-8Ω・cm2台の低い
抵抗率を得ることはできなかった。従って10-8Ω・cm2
台の低い抵抗率を得るためには、第１層および第２層の
位置は、半導体の表面から、それぞれ100Å,500Å以内
が望ましい。
［効果］ 以上説明したように、本発明によれば金属と半導体との
界面付近に存在する単原子層ドーピング層内の不純物原
子のエネルギ準位が、フェルミレベルよりも上であり、
高濃度にドーピングを行なっても不純物原子は十分活性
化できる。このため、界面付近に存在するポテンシャル
は、非常に薄くなり、十分なトンネル電流を流すことが
できるため、ノンアロイオーミックコンタクトの実現が
可能となった。
界面付近に存在する単原子層ドーピング層内の不純物原
子のエネルギ準位が、フェルミレベルよりも上であり、
高濃度にドーピングを行なっても不純物原子は十分活性
化できる。このため、界面付近に存在するポテンシャル
は、非常に薄くなり、十分なトンネル電流を流すことが
できるため、ノンアロイオーミックコンタクトの実現が
可能となった。
第１図は本発明の実施例を示す断面図、 第２図は本発明におけるエネルギーバンド図、 第３図は従来の単一のドープ層を有する半導体装置にお
けるエネルギーバンド図、 第４図は従来の半導体装置の一例の断面図、 第５図は従来の装置における接触抵抗を示す図である。 １…n-GaAs基板、２…ノンドープGaAs層、3A…第１の不
純物ドープ単原子層、3B…第２の不純物ドープ単原子
層。
けるエネルギーバンド図、 第４図は従来の半導体装置の一例の断面図、 第５図は従来の装置における接触抵抗を示す図である。 １…n-GaAs基板、２…ノンドープGaAs層、3A…第１の不
純物ドープ単原子層、3B…第２の不純物ドープ単原子
層。
Claims (3)
- 【請求項１】金属と半導体層の界面近傍の該半導体層内
に該界面と平行に第１の不純物ドープ単原子層が形成さ
れており、該第１の不純物ドープ単原子層より内部に該
第１の層と同じ不純物でドープされ該第１の層と平行な
第２の不純物ドープ単原子層が形成され、前記第１の不
純物ドープ単原子層の前記界面からの距離が100Å以内
であり、かつ前記第２の不純物ドープ単原子層の前記界
面からの距離が500Å以内であることを特徴とする半導
体装置。 - 【請求項２】前記第１の不純物のドーピング量は、金属
と前記半導体を接触させた際に形成されるショットキバ
リアの高さに相当する電圧よりも小さな電圧降下を引き
起こす量であること特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の半導体装置。 - 【請求項３】前記第１および第２図の不純物層によって
引き起こされる電圧降下の量が前記ショットキバリアの
高さに相当する電圧より大きいこと特徴とする特許請求
の範囲第１項または第２項に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62006078A JPH0728025B2 (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62006078A JPH0728025B2 (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63175471A JPS63175471A (ja) | 1988-07-19 |
| JPH0728025B2 true JPH0728025B2 (ja) | 1995-03-29 |
Family
ID=11628530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62006078A Expired - Fee Related JPH0728025B2 (ja) | 1987-01-16 | 1987-01-16 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0728025B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2770340B2 (ja) * | 1988-09-06 | 1998-07-02 | ソニー株式会社 | 半導体装置、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ及びショットキーゲート型電界効果トランジスタ |
| US7084423B2 (en) | 2002-08-12 | 2006-08-01 | Acorn Technologies, Inc. | Method for depinning the Fermi level of a semiconductor at an electrical junction and devices incorporating such junctions |
| US6833556B2 (en) | 2002-08-12 | 2004-12-21 | Acorn Technologies, Inc. | Insulated gate field effect transistor having passivated schottky barriers to the channel |
| JP2008098674A (ja) * | 2003-06-10 | 2008-04-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体装置 |
| CN107578994B (zh) | 2011-11-23 | 2020-10-30 | 阿科恩科技公司 | 通过插入界面原子单层改进与iv族半导体的金属接触 |
| US9620611B1 (en) | 2016-06-17 | 2017-04-11 | Acorn Technology, Inc. | MIS contact structure with metal oxide conductor |
| WO2018094205A1 (en) | 2016-11-18 | 2018-05-24 | Acorn Technologies, Inc. | Nanowire transistor with source and drain induced by electrical contacts with negative schottky barrier height |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59175774A (ja) * | 1984-02-01 | 1984-10-04 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
| JPH0770705B2 (ja) * | 1986-06-19 | 1995-07-31 | 富士通株式会社 | 高速半導体装置 |
-
1987
- 1987-01-16 JP JP62006078A patent/JPH0728025B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63175471A (ja) | 1988-07-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |