JPS63122281A - Hetero junction diode and its manufacture - Google Patents

Hetero junction diode and its manufacture

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JPS63122281A
JPS63122281A JP26773986A JP26773986A JPS63122281A JP S63122281 A JPS63122281 A JP S63122281A JP 26773986 A JP26773986 A JP 26773986A JP 26773986 A JP26773986 A JP 26773986A JP S63122281 A JPS63122281 A JP S63122281A
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semiconductor
type semiconductor
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伊藤 糾次
Hiroaki Iwaguro
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OYO ZAIRYO KENKYUSHO KK
Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a hetero junction diode with a high-speed switching characteristic and high breakdown voltage and low series resistance, by forming an n-type layer into a two-layered structure and decreasing the thickness of the n-type layer, in which a junction functioning as a Potential barrier to a hole is formed, in a range where a tunnel effect does not occur. CONSTITUTION:A semiconductor with a large band gap Eg is generally high in resistivity. Therefore, when a diode is composed of such semiconductors as this, a forward voltage drop is enlarged. In order to remove this phenomenon, a n-type layer is formed into such two-layered structure consisting of a n<+> layer 4 and a n<+> layer 5. Namely, when thickness d2 of a region B functioning as a potential barrier to a hole is made smaller than thickness d1 of the n<+> layer 5, a series resistance value of the n-type layer can be decreased. The region B can be made thin to such a degree that a tunnel effect on the hole does not occur, so that even the thickness d2 of 100 nm or less is practically effectual.

Description

【発明の詳細な説明】 (発明の技術分野) 本発明は、スイッチングダイオードとその製造方法に関
するものであり、特にヘテロ接合ダイオードとその製造
方法に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field of the Invention) The present invention relates to a switching diode and a method of manufacturing the same, and more particularly to a heterojunction diode and a method of manufacturing the same.

(従来技術とその問題点) スイッチング・レギュレータを利用した安定化電源は、
小型電源の主流となっているが、この電源の効率は、そ
の主要部を構成する整流用ダイオードのスイッチング特
性によって大きく左右される。このスイッチング特性を
改善するために、直列抵抗は低く維持されかつ逆方向過
渡電流が極めて小さいこと、降伏電圧が大きいこと、高
速応答可能であることが望ましい。逆方向過渡電流は、
注入キャリヤのストレージにより生じるが、この値が小
さいダイオードとしては、いわゆるショットキー・ダイ
オードが良く知られている。このショットキー・ダイオ
ードは、金属と半導体の接合から成る電位障壁を利用す
るものであり、n形半導体を用いた場合には電子流のみ
が整流作用に寄与するため、高速応答が可能である。し
かし、電位障壁の高さには原理的な制限が加わるため、
半導体pn接合ダイオードに比べて高い降伏電圧を得る
ことが困難であるという欠点を有している。
(Prior art and its problems) A stabilized power supply using a switching regulator is
Although it has become the mainstream of small power supplies, the efficiency of this power supply is greatly influenced by the switching characteristics of the rectifier diodes that make up the main part. In order to improve this switching characteristic, it is desirable that the series resistance be kept low, that the reverse transient current be extremely small, that the breakdown voltage be large, and that high-speed response be possible. The reverse transient current is
A so-called Schottky diode is well known as a diode in which the storage value of injected carriers is small. This Schottky diode utilizes a potential barrier made of a metal-semiconductor junction, and when an n-type semiconductor is used, only electron flow contributes to the rectifying action, so high-speed response is possible. However, since there is a theoretical limit to the height of the potential barrier,
It has the disadvantage that it is difficult to obtain a higher breakdown voltage than a semiconductor pn junction diode.

(発明の目的) 本発明の目的は、高速スイッチング特性と高い降伏電圧
及び低い直列抵抗を有し、高効率の電源を実現し得るヘ
テロ接合ダイオードの構造とその製造方法を提供するこ
とにある。
(Objective of the Invention) An object of the present invention is to provide a structure of a heterojunction diode that has high-speed switching characteristics, high breakdown voltage, and low series resistance, and can realize a highly efficient power supply, and a method for manufacturing the same.

(発明の特1r1.) 本発明のヘテロ接合ダイオードは、バンドギャップの大
きなn形半導体とこれよりバンドギャップの小さなp形
半導体の接合を基本構造としている。バンドギャップの
大なる半導体は一般的に抵抗率が高い。本発明のヘテロ
接合ダイオードは、このような半導体を用いてダイオー
ドを構成した場合のその高抵抗率による順方向電圧の降
下を防止するために、n形層を2層構造とし、正孔に対
して電位障壁として働く接合を形成するn形層をトンネ
ル効果が住じない範囲で出来る限り薄くすることを特徴
としている。
(Features of the Invention 1r1.) The heterojunction diode of the present invention has a basic structure of a junction between an n-type semiconductor with a large band gap and a p-type semiconductor with a smaller band gap. Semiconductors with large band gaps generally have high resistivity. In the heterojunction diode of the present invention, in order to prevent a drop in forward voltage due to high resistivity when a diode is constructed using such a semiconductor, the n-type layer has a two-layer structure, and the diode has a two-layer structure for holes. It is characterized by making the n-type layer forming the junction, which acts as a potential barrier, as thin as possible without creating a tunnel effect.

また、第1のn形層のドーパントすなわちイオン注入を
行う元素は第2のn形層の構成元素及び下地基板の構成
元素と同一のものである。したがって第1のn形層のド
ーパントは第2のn形層及び下地基板に対しては不純物
として作用しないことを特徴としている。
Further, the dopant of the first n-type layer, that is, the element to which ions are implanted, is the same as the constituent element of the second n-type layer and the constituent element of the underlying substrate. Therefore, the dopant in the first n-type layer is characterized in that it does not act as an impurity on the second n-type layer and the underlying substrate.

さらに、第2のn形層は、イオン注入後のアニール時に
必要なキャップ層としての働きもするので、特に別のキ
ャンプ層を被着する必要がないことを特徴としている。
Furthermore, since the second n-type layer also functions as a cap layer necessary during annealing after ion implantation, it is characterized in that there is no need to deposit a separate camp layer.

(発明の原理) 本発明のダイオードの基本構造は、図1(a)に示すよ
うに、例えばAI下部電極であるプラス電極1 、p″
St又はp’Geからなる厚さd4のp゛層2p−Si
又はp−Geからなる厚さd3のp−層3、n”GaP
層又はn′+GaAs層からなる厚さdtの第1のn′
″層4、n+Si又はnゝGeからなる厚さd、の第2
の1層5及びAI上部電極であるマイナス電極6よりな
る。
(Principle of the Invention) As shown in FIG. 1(a), the basic structure of the diode of the present invention is as shown in FIG.
p' layer 2p-Si with thickness d4 made of St or p'Ge
or p-layer 3 of thickness d3 made of p-Ge, n''GaP
a first n′ layer of thickness dt consisting of a layer or n′+GaAs layer;
"Layer 4, the second layer of thickness d consisting of n+Si or nGe
1 layer 5 and a negative electrode 6 which is the upper electrode of AI.

図1 (b)は、電極1,6間に電圧が印加されていな
いときのエネルギー状態図であり、図1(C)は電極1
.6間に順方向電圧が印加されたときのエネルギー状態
図である。以下の発明の詳細な説明は、StとGaPの
組み合せの場合について行う0図1[al。
FIG. 1(b) is an energy state diagram when no voltage is applied between electrodes 1 and 6, and FIG. 1(C) is an energy state diagram when no voltage is applied between electrodes 1 and 6.
.. 6 is an energy state diagram when a forward voltage is applied between 6 and 6. FIG. The detailed description of the invention below is given for the case of the combination of St and GaP.

偽)から明らかなように、2.24eVのバンドギャッ
プE□を有するi″″GaP″GaP層4.1.12e
VのバンドギャップE、lを有するn+SiSi層5S
i層3が配置され、n”GaP IJ4とp−Si層5
との境界にpn接合が形成されている。図1(b)にお
いて、Efはフェルミ準位、ECは伝導帯下端のエネル
ギー準位、E、は価電子帯上端のエネルギー準位を示し
ている。また、E、は電子に対する電位障壁の高さ、E
2は正孔に対する電位障壁の高さである。
i″″GaP″GaP layer 4.1.12e with a bandgap E□ of 2.24 eV, as is clear from
n+SiSi layer 5S with bandgap E, l of V
An i-layer 3 is arranged, an n”GaP IJ4 and a p-Si layer 5
A pn junction is formed at the boundary between the two. In FIG. 1(b), Ef represents the Fermi level, EC represents the energy level at the lower end of the conduction band, and E represents the energy level at the upper end of the valence band. Also, E is the height of the potential barrier to electrons, E
2 is the height of the potential barrier to holes.

ここで、バイアス電圧■5を電極1.6間に印加したと
きには、図1cc)に示すように、電子に対する電位障
壁の高さが E7°= E 、 −e V、    ・−−−−=−
−−−−−−−−(1)のように低下する。一方、正孔
に対する電位障壁の高さは、 E p’ −E p  e V b  −−−−−−−
−・−−−−−−・−−−(2)となる。しかし、E、
とElの差は、1.1eV程度あることから、E、1′
を零に近づけても、E、゛は正孔に対し十分大きな障壁
となってυ)る。このため、このpn接合を通って流れ
る電流には、正孔電流がほとんど含まれていないことに
なる。
Here, when bias voltage 5 is applied between electrodes 1.6, the height of the potential barrier to electrons is E7°=E, -e V, ・------=-, as shown in Figure 1cc).
----------(1) decreases. On the other hand, the height of the potential barrier for holes is E p' −E p e V b −−−−−−−
−・−−−−−−・−−−(2). However, E.
Since the difference between and El is about 1.1 eV, E, 1'
Even if it approaches zero, E,゛ becomes a sufficiently large barrier to holes υ). Therefore, the current flowing through this pn junction contains almost no hole current.

バンドギャップE、が大きい半導体は、一般に抵抗率が
高いため、このような半導体によりダイオードを構成し
た場合には、順方向電圧降下が大きくなる。このような
欠点を除去するために、本発明ではn形層をn゛層41
3層5のように2層構造としている。すなわち、図Hb
)、(C)における正孔に対する電位障壁として働く領
域Bの厚さd2をn1層5の厚さdlに比べて薄くする
ことによって、n形層の直列抵抗値を減少させることが
できる0wI域Bは、正孔に対してトンネル効果が生じ
ない程度まで薄くすることが可能であり、厚さdtは、
実用上100+v以下でも十分その効果が得られる。
Semiconductors with a large bandgap E generally have high resistivity, so when a diode is constructed of such a semiconductor, the forward voltage drop will be large. In order to eliminate such drawbacks, in the present invention, the n-type layer is replaced with the n-layer 41.
It has a two-layer structure like the three-layer structure 5. That is, Figure Hb
) and (C), the series resistance value of the n-type layer can be reduced by making the thickness d2 of the region B, which acts as a potential barrier for holes, thinner than the thickness dl of the n1 layer 5. B can be made thin to the extent that no tunneling effect occurs for holes, and the thickness dt is
In practice, the effect can be sufficiently obtained even at 100+v or less.

(発明の構成と作用) 以下本発明の実施例について説明する。(Structure and operation of the invention) Examples of the present invention will be described below.

(実施例1) 図2(a)は、本発明によるヘテロ接合ダイオードの第
1の実施例を示すもので、1はANのプラス電極、2は
p゛単結晶Si層、3はp−単結晶Si層、4aは1単
結晶GaP層、4bは多結晶文は非晶質GaP層、5は
n0単結晶St層、6は八Eのマイナス電極、7はSi
02層、8は多結晶又は非晶質Si層である。
(Example 1) FIG. 2(a) shows a first example of a heterojunction diode according to the present invention, in which 1 is an AN positive electrode, 2 is a p-single crystal Si layer, and 3 is a p-single-crystal Si layer. Crystalline Si layer, 4a is 1 single crystal GaP layer, 4b is polycrystalline amorphous GaP layer, 5 is n0 single crystal St layer, 6 is 8E negative electrode, 7 is Si
02 layer and 8 are polycrystalline or amorphous Si layers.

次に、この実施例の製造法について説明する。Next, the manufacturing method of this example will be explained.

■第1の工程 (100)面のp−ip”+Siウェハ(3,2)を基
板として用い、SiO□の絶縁層7を形成する。
(2) First step: Using a p-ip"+Si wafer (3, 2) with a (100) plane as a substrate, an insulating layer 7 of SiO□ is formed.

■第2の工程 図2(b)に示すように、ダイオードの活性領域となる
部分のSi01層7を除去し窓明けを行ってSiウェハ
の一部を露出せしめる。
(2) Second Step As shown in FIG. 2(b), the Si01 layer 7 in the portion that will become the active region of the diode is removed and a window is opened to expose a portion of the Si wafer.

■第3の工程 図2(C)に示すように、露出したSt上と510g層
7上にノンドープのGaP層(i−GaP)を、例えば
1100n形成する。ここで露出されたSt画面上Ga
PJ!!4Cは単結晶であり、SiO□上のGaP層4
bは多結晶ないし非晶質である。
(2) Third Step As shown in FIG. 2(C), a non-doped GaP layer (i-GaP) of, for example, 1100 nm is formed on the exposed St and on the 510 g layer 7. Ga on the St screen exposed here
PJ! ! 4C is a single crystal, GaP layer 4 on SiO□
b is polycrystalline or amorphous.

このGaP層の形成は、MBE法、 MO−CVD法(
トリメチルガリウムとPH1を用いることができる)又
は多結晶GaPをターゲットとしてXeイオンを用いる
スパッタリング法によって行う。
This GaP layer is formed using the MBE method, MO-CVD method (
A sputtering method using Xe ions and polycrystalline GaP (trimethyl gallium and PH1 can be used) or polycrystalline GaP as a target is performed.

■第4の工程 同じく図2(C)に示すように、GaP層4b、 4c
上にPをドープした単結晶Si層を堆積する。Si膜の
厚さは、次のプロセスで行うSt’″イオン注入装置の
性能、すなわち、加速エネルギーに適合するように決定
される0例えば、200keVのSi”を用いる場合に
は、Si膜と1−GaP Nの厚さの合計は0.2μm
以下とすることが必要である。この場合、GaP膜4b
上に堆積したSi膜8は多結晶質ないし非晶質となる。
■Fourth step As shown in FIG. 2(C), GaP layers 4b and 4c are formed.
A P-doped single crystal Si layer is deposited thereon. The thickness of the Si film is determined to match the performance of the St'" ion implantation device used in the next process, that is, the acceleration energy. For example, when using 200 keV Si", the thickness of the Si film and -The total thickness of GaP N is 0.2 μm
It is necessary to do the following. In this case, the GaP film 4b
The Si film 8 deposited thereon becomes polycrystalline or amorphous.

■第5の工程 次に、図2 (dlに示すように、Si膜を通してSi
”をイオン注入した後ランプアニールを行うことにより
短時間で窓領域の1−GaP層がn’GaP層4aとな
り、ダイオードの活性領域が形成される。イオン注入後
のアニールは、n″+Si+Si層5ャップ層として行
うため、別のキャップ層を被着する必要がないという利
点がある。     −■第6の工程 以上の第5の工程までの処理を終えたウェハの表面と裏
面にA1層5.1を図2(e)のように形成し、オーム
性電極とする。
■Fifth step Next, as shown in Figure 2 (dl), the Si
By performing lamp annealing after ion implantation, the 1-GaP layer in the window region becomes an n'GaP layer 4a in a short time, forming the active region of the diode. Since it is done as a five-cap layer, it has the advantage that there is no need to apply a separate cap layer. -2 A1 layer 5.1 is formed as shown in FIG. 2(e) on the front and back surfaces of the wafer that has been processed from the sixth step up to the fifth step to form an ohmic electrode.

この方法によって作られたpn接合ダイオードは、図2
(e)からも明らかなように、活性領域の周辺がSi0
g層7によって取り囲まれている。このSiozlW7
は安定した高抵抗体であるため、電気的な不活性化を特
にプロセスとして加える必要がない。
A pn junction diode made by this method is shown in Figure 2.
As is clear from (e), the area around the active region is Si0
It is surrounded by the g layer 7. This SiozlW7
Since it is a stable, high-resistance material, there is no need to add electrical inactivation as a special process.

(実施例2) 図3(a)は、本発明の第2の実施例を示すものであり
、次のような工程により製造する。
(Example 2) FIG. 3(a) shows a second example of the present invention, which is manufactured by the following steps.

■第1の工程 図3(b)に示すように、p−Si層3上に、1−Ga
P J!!!4cをエピタキシャル成長させる。
■First process As shown in Figure 3(b), 1-Ga is added on the p-Si layer 3.
PJ! ! ! 4c is epitaxially grown.

■第2の工程 同じく図3(b)に示すように、1−GaP層4Cの上
にSi(hの絶縁層7を形成する。
(2) Second step As shown in FIG. 3(b), an insulating layer 7 of Si(h) is formed on the 1-GaP layer 4C.

■第3の工程 ダイオードの活性領域となる部益の5102M7を除去
し窓明けを行って1−GaP層4Cの一部4dを露出せ
しめる。
(3) Third process: Remove the 5102M7 which will become the active region of the diode and open a window to expose a part 4d of the 1-GaP layer 4C.

■第4の工程 図3(C)に示すように、Si02層7上と露出された
1−GaP層4d上にPをドープした単結晶Si層を堆
積する。この場合、Si02膜7上に堆積したSi層8
は多結晶質ないし非晶質となる。
(4) Fourth Step As shown in FIG. 3(C), a P-doped single crystal Si layer is deposited on the Si02 layer 7 and the exposed 1-GaP layer 4d. In this case, the Si layer 8 deposited on the Si02 film 7
becomes polycrystalline or amorphous.

■第5の工程 次に、図3(d)に示すように、SiJiを通してSi
”をイオン注入した後ランプアニールを行うことにより
短時間で窓領域の1−GaP層がnゝGaP @4aと
なり、ダイオードの活性領域が形成される。イオン注入
後のアニールは、n″″Sili5.8をキャップ層と
して行うため、別のキャップ層を被着する必要がないと
いう利点がある。
■Fifth step Next, as shown in Figure 3(d), the Si
By performing lamp annealing after ion implantation, the 1-GaP layer in the window region becomes nGaP@4a in a short time, forming the active region of the diode. .8 as a cap layer has the advantage that there is no need to apply a separate cap layer.

■第6の工程 以上の第5の工程までの処理を終えたウェハの表面と裏
面にA1層5.1を図3(e)のように形成し、オーム
性電極とする。
(2) A1 layer 5.1 is formed as shown in FIG. 3(e) on the front and back surfaces of the wafer that has been processed through the sixth step and up to the fifth step to form an ohmic electrode.

この方法によって作られたpn接合ダイオードは、図2
(e)からも明らかなように、活性領域の周辺が1−G
aP層4c及びSift層7によって取り囲まれている
。これらの各層4c、7は安定した高抵抗体であるため
、電気的な不活性化を特にプロセスとして加える必要が
ない。
A pn junction diode made by this method is shown in Figure 2.
As is clear from (e), the periphery of the active region is 1-G
It is surrounded by the aP layer 4c and the Sift layer 7. Since each of these layers 4c and 7 is a stable high-resistance material, there is no need to add electrical inactivation as a special process.

(実施例3) 図4(a)は、本発明の第2の実施例を示すものであり
、次のような工程により製造する。
(Example 3) FIG. 4(a) shows a second example of the present invention, which is manufactured by the following steps.

第2の実施例における■第1の工程、■第2の工程及び
■第3の工程はそのまま利用できる。なお、本実施例で
は、絶縁膜7としてSi01の代わりにレジストを使用
してもよい。
(1) The first step, (2) the second step, and (2) the third step in the second embodiment can be used as they are. Note that in this embodiment, a resist may be used as the insulating film 7 instead of Si01.

(第4の工程) 図4(b)に示すように、SiO!又はレジスト膜7を
マスクとしてSiのイオン注入を行う。
(Fourth step) As shown in FIG. 4(b), SiO! Alternatively, Si ions are implanted using the resist film 7 as a mask.

(第5の工程) 次にSing又はレジストの絶縁Jif7を除去し、G
aP層4a、 4cを全面露出する。
(Fifth step) Next, remove the Sing or resist insulation Jif7, and
The entire aP layers 4a and 4c are exposed.

(第6の工程) 全面露出されたGaP層4a、 4cの上に、図4(C
)のように、Pをドープしたn″51M5を堆積する。
(Sixth step) On the fully exposed GaP layers 4a and 4c, a layer shown in FIG.
), P-doped n''51M5 is deposited.

(第7の工程) 適当なアニーリングを行うことにより、図4(C)のよ
うに窓明けされていた部分のみGaP層を活性化してn
”GaP層4aを形成する。イオン注入後のアニールは
、n+Si層5をキャップ層として行うため、別のキャ
ップ層を被着する必要がないという利点がある。
(Seventh step) By performing appropriate annealing, the GaP layer is activated only in the portion where the window was opened as shown in FIG. 4(C).
"A GaP layer 4a is formed. Since the annealing after ion implantation is performed using the n+Si layer 5 as a cap layer, there is an advantage that there is no need to deposit another cap layer.

(第8の工程) 第7の工程までの処理を終了したウェハの表裏にAlの
電極6.1を形成して、図4(a)のヘテロ接合ダイオ
ードが完成する。
(Eighth Step) Al electrodes 6.1 are formed on the front and back sides of the wafer that has been processed up to the seventh step, thereby completing the heterojunction diode shown in FIG. 4(a).

(実施例4) 図5 (al (bl (c)は、それぞれ図2(al
、図3(a)及び図4(a)に示した実施例1,2.3
におけるStをGeにGaPをGaAsに、Sintを
Si3N4に第2のn形層のドーパントであるPをAs
に置換した本発明の実施例4であり、これらの材料に対
して図2 (bl TO) (d) (el 。
(Example 4) Figure 5 (al (bl) (c) is respectively Figure 2 (al
, Examples 1 and 2.3 shown in FIGS. 3(a) and 4(a)
St is replaced with Ge, GaP is replaced with GaAs, Sint is replaced with Si3N4, and P, which is the dopant of the second n-type layer, is replaced with As.
This is Example 4 of the present invention, in which FIG.

図3 (b) (e) (dl (el及び図4(b)
(C1について説明したものと同様の処理を適用するこ
とにより、製造可能である。
Figure 3 (b) (e) (dl (el and Figure 4(b)
(It can be manufactured by applying the same process as described for C1.

(発明の効果) 以上詳細に説明したように、本発明ではマイナスミ極側
のnNをエネルギーギャップE、の大きな材料(GaP
又はGaAs)とE、の小さな材料(St又はGe)か
らなる2層構造とすることにより次の効果■、■がある
(Effects of the Invention) As explained in detail above, in the present invention, nN on the negative molar side is replaced by a material with a large energy gap E (GaP
The following effects (1) and (2) can be obtained by forming a two-layer structure consisting of a small material (St or Ge) and a small amount of E (St or Ge).

■ 電子のみが動作に寄与するユニポーラ・デバイスと
なるため、スイッチング・ダイオードに必要な高速応答
性が得られる。
■ Since it is a unipolar device in which only electrons contribute to its operation, it can provide the high-speed response required for switching diodes.

■ 等価的な直列抵抗を低減する効果が得られる。■ The effect of reducing the equivalent series resistance can be obtained.

また、SP(又はGe″″)イオン注入によって、次の
効果が得られる。
Furthermore, the following effects can be obtained by SP (or Ge'''') ion implantation.

■ St(又はGe)層にはドーピング効果を与えるこ
ことなく 、GaP(又はGaAs)層をSi” (又
はGe)のドーピングによって、n゛に活性化すること
ができる。
(2) Although the St (or Ge) layer has a doping effect, the GaP (or GaAs) layer can be activated to n' by doping with Si'' (or Ge).

■ GaP(又はGaAs) Jiのアニールには、S
t(又はGe)層がキャップ層として働き、安定なアニ
ールができる。
■ For GaP (or GaAs) Ji annealing, S
The t (or Ge) layer acts as a cap layer and allows stable annealing.

■ 従って、−Cに■−■族化合物半導体のイオン注入
後のアニールに必要なキャップ層を形成するプロセスを
省略することができる。
(2) Therefore, it is possible to omit the process of forming a cap layer necessary for annealing after ion implantation of the -2 group compound semiconductor into -C.

■ n+Si層とn”GaP jiの接合界面において
、n+Si層の不純物がPであり、PはGaPの構成元
素でもある。従って、例えばアニーリングによってn+
Si層近くのGaPのPがn”Si層に拡散され、n”
−SiN近くのGaPがストイキオメトリ−からずれる
という心配がなくなる。このため接合界面が急峻になり
、良好なヘテロ接合界面が得られる。
■ At the junction interface between the n+Si layer and n"GaP ji, the impurity of the n+Si layer is P, and P is also a constituent element of GaP. Therefore, for example, by annealing, the n+
P in GaP near the Si layer is diffused into the n''Si layer, and the n''
- There is no need to worry that GaP near SiN will deviate from its stoichiometry. Therefore, the bonding interface becomes steep, and a good heterojunction interface can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図I Ta) (b) (C1は本発明によるペテロ接
合ダイオードの構造例と動作説明用のエネルギー状態図
、図2 (al (b) (C) (d) (e) 、
図3 (a) (bl ((り (d) (el 、図
4 (a) (b) (C1及び図5 (a) (bl
 (C)は本発明による製造方法を説明するための断面
図である。 1・・・プラス電極、2・・・p+Si(又はp“Ge
) N、3 ・・・p−5t (又はp−Ge)層、4
.4a・・−n”GaP(又はn′+GaAs)層、4
 b −S i Oを膜上のGaP (又はGaAs)
層、4c・”1−GaP(又は14aAs)11!i、
 4d−i−GaP(又は1−GaAs)層4cの一部
、5−n+Si (又はn”Ga)層、6・・・マイナ
ス電極、7・・・絶縁層、8・・・多結晶又は非晶質S
i(又はGe)層。 特許出願人  新電元工業株式会社 外1名
Figure I Ta) (b) (C1 is an energy state diagram for explaining the structure and operation of the Peter junction diode according to the present invention, Figure 2 (al (b) (C) (d) (e),
Figure 3 (a) (bl ((ri (d) (el), Figure 4 (a) (b) (C1 and Figure 5 (a) (bl
(C) is a sectional view for explaining the manufacturing method according to the present invention. 1... Positive electrode, 2... p+Si (or p"Ge
) N, 3...p-5t (or p-Ge) layer, 4
.. 4a...-n'' GaP (or n'+GaAs) layer, 4
b -SiO on GaP (or GaAs) film
layer, 4c·”1-GaP (or 14aAs) 11!i,
4d-Part of i-GaP (or 1-GaAs) layer 4c, 5-n+Si (or n''Ga) layer, 6... Negative electrode, 7... Insulating layer, 8... Polycrystalline or non-crystalline Crystalline S
i (or Ge) layer. Patent applicant: 1 person other than Shindengen Kogyo Co., Ltd.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)バンドギャップの大きなn形半導体と該n形半導
体よりバンドギャップの小さなp形半導体とによりpn
接合が形成され、前記n形半導体は化合物半導体と単体
半導体の2層構造を有し、正孔に対して電位障壁として
働く前記pn接合を形成する前記化合物半導体のn形層
がトンネル効果が生じない範囲で薄く形成されているこ
とを特徴とするヘテロ接合ダイオード。
(1) By using an n-type semiconductor with a large band gap and a p-type semiconductor with a smaller band gap than the n-type semiconductor, pn
A junction is formed, and the n-type semiconductor has a two-layer structure of a compound semiconductor and an elemental semiconductor, and a tunneling effect occurs in the n-type layer of the compound semiconductor forming the pn junction, which acts as a potential barrier against holes. A heterojunction diode characterized by being formed as thin as possible.
(2)前記p形半導体はp^−Si層であり、前記n形
半導体は前記p形半導体からn^+GaPとn^+Si
の順序で配列された2層構造であることを特徴とする特
許請求の範囲第1項記載のヘテロ接合ダイオード。
(2) The p-type semiconductor is a p^-Si layer, and the n-type semiconductor is composed of n^+GaP and n^+Si layer from the p-type semiconductor.
The heterojunction diode according to claim 1, characterized in that it has a two-layer structure arranged in this order.
(3)前記p形半導体はp^−Ge層であり、前記n形
半導体は前記p形半導体からn^+GaAsとn^+G
eの順序で配列される2層構造であることを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載のヘテロ接合ダイオード。
(3) The p-type semiconductor is a p^-Ge layer, and the n-type semiconductor is composed of n^+GaAs and n^+G from the p-type semiconductor.
The heterojunction diode according to claim 1, characterized in that it has a two-layer structure arranged in the order of e.
(4)バンドギャップの大きなn形半導体と該n形半導
体よりバンドギャップの小さなp形半導体とによりpn
接合が形成され、前記n形半導体は化合物半導体よりな
る第1のn形層と単体半導体の第2のn形層の2層構造
を有し、正孔に対して電位障壁として働く前記pn接合
を形成する第1のn形層がトンネル効果を生じない範囲
で薄く形成されているヘテロ接合ダイオードを製造する
ために、 前記p形半導体の基板上に絶縁層を形成する第1の工程
と、 該絶縁層の一部を除去し窓明けをすることにより前記p
形半導体の一部を露出させる第2の工程と、 前記絶縁層上と前記の一部を露出した前記p形半導体上
にノンドープの前記化合物半導体層と前記第2のn形層
を順次形成する第3の工程と、 前記単体半導体である第2のn形層の半導体の構成元素
のイオン注入を前記第2のn形層を介して前記ノンドー
プの前記化合物半導体に対して行う第4の工程と、 該イオン注入後適当なアニールを行って前記化合物半導
体を活性化する第5の工程とを含むヘテロ接合ダイオー
ドの製造方法。
(4) By using an n-type semiconductor with a large band gap and a p-type semiconductor with a smaller band gap than the n-type semiconductor, pn
A junction is formed, and the n-type semiconductor has a two-layer structure of a first n-type layer made of a compound semiconductor and a second n-type layer made of an elemental semiconductor, and the pn junction acts as a potential barrier against holes. In order to manufacture a heterojunction diode in which the first n-type layer forming the layer is formed thinly within a range that does not cause a tunnel effect, a first step of forming an insulating layer on the p-type semiconductor substrate; By removing a part of the insulating layer and opening a window, the p
a second step of exposing a part of the type semiconductor; and sequentially forming the non-doped compound semiconductor layer and the second n-type layer on the insulating layer and the partially exposed p-type semiconductor. a third step; and a fourth step of implanting ions of a constituent element of the semiconductor of the second n-type layer, which is the single semiconductor, into the non-doped compound semiconductor through the second n-type layer. and a fifth step of activating the compound semiconductor by performing appropriate annealing after the ion implantation.
(5)前記p形半導体はp^−Si層であり、前記n形
半導体は前記p形半導体からn^+GaPとn^+Si
の順序で配列された2層構造であることを特徴とする特
許請求の範囲第4項記載のヘテロ接合ダイオードの製造
方法。
(5) The p-type semiconductor is a p^-Si layer, and the n-type semiconductor is composed of n^+GaP and n^+Si layer from the p-type semiconductor.
5. The method of manufacturing a heterojunction diode according to claim 4, wherein the heterojunction diode has a two-layer structure arranged in this order.
(6)前記p形半導体はp^−Ge層であり、前記n形
半導体は前記p形半導体からn^+GaAsとn^+G
eの順序で配列される2層構造であることを特徴とする
特許請求の範囲第4項記載のヘテロ接合ダイオード製造
方法。
(6) The p-type semiconductor is a p^-Ge layer, and the n-type semiconductor is composed of n^+GaAs and n^+G from the p-type semiconductor.
5. The method for manufacturing a heterojunction diode according to claim 4, wherein the heterojunction diode has a two-layer structure arranged in the order of e.
(7)バンドギャップの大きなn形半導体と該n形半導
体よりバンドギャップの小さなp形半導体とによりpn
接合が形成され、前記n形半導体は化合物半導体よりな
る第1のn形層と単体半導体の第2のn形層の2層構造
を有し、正孔に対して電位障壁として働く前記pn接合
を形成する第1のn形層がトンネル効果を生じない範囲
で薄く形成されているヘテロ接合ダイオードを製造する
ために、 前記p形半導体の基板上にノンドープの前記化合物半導
体層を形成する第1の工程と、 該ノンドープの前記化合物半導体層上に絶縁層を形成す
る第2の工程と、 前記絶縁層の一部を除去し窓明けをすることにより前記
ノンドープの前記化合物半導体層の一部を露出させる第
3の工程と、 前記絶縁層と前記露出されたノンドープの前記化合物半
導体上に前記第2のn形層を形成する第4の工程と、 前記第2のn形層を介して前記ノンドープの前記化合物
半導体層に対して該第2のn形層の半導体の構成元素の
イオン注入と適当なアニーリングを行い前記の窓明けを
した部分のみをn形の活性層に変える第5の工程とを含
むヘテロ接合ダイオードの製造方法。
(7) By using an n-type semiconductor with a large band gap and a p-type semiconductor with a smaller band gap than the n-type semiconductor, pn
A junction is formed, and the n-type semiconductor has a two-layer structure of a first n-type layer made of a compound semiconductor and a second n-type layer made of an elemental semiconductor, and the pn junction acts as a potential barrier against holes. In order to manufacture a heterojunction diode in which the first n-type layer forming the layer is formed thinly within a range that does not cause a tunnel effect, the first n-type layer forming the non-doped compound semiconductor layer on the p-type semiconductor substrate is a second step of forming an insulating layer on the non-doped compound semiconductor layer; and a second step of forming an insulating layer on the non-doped compound semiconductor layer, and forming a part of the non-doped compound semiconductor layer by removing a part of the insulating layer and opening a window. a third step of exposing the second n-type layer; a fourth step of forming the second n-type layer on the insulating layer and the exposed non-doped compound semiconductor; and a fourth step of forming the second n-type layer on the insulating layer and the exposed non-doped compound semiconductor; A fifth step of ion-implanting constituent elements of the semiconductor of the second n-type layer into the non-doped compound semiconductor layer and performing appropriate annealing to convert only the windowed portion into an n-type active layer. A method of manufacturing a heterojunction diode, comprising:
(8)前記p形半導体はp^−Si層であり、前記n形
半導体は前記p形半導体からn^+GaPとn^+Si
の順序で配列された2層構造であることを特徴とする特
許請求の範囲第7項記載のヘテロ接合ダイオードの製造
方法。
(8) The p-type semiconductor is a p^-Si layer, and the n-type semiconductor is composed of n^+GaP and n^+Si layer from the p-type semiconductor.
8. The method of manufacturing a heterojunction diode according to claim 7, wherein the heterojunction diode has a two-layer structure arranged in this order.
(9)前記p形半導体はp^−Ge層であり、前記n形
半導体は前記p形半導体からn^+GaAsとn^+G
eの順序で配列される2層構造であることを特徴とする
特許請求の範囲第7項記載のヘテロ接合ダイオード製造
方法。
(9) The p-type semiconductor is a p^-Ge layer, and the n-type semiconductor is composed of n^+GaAs and n^+G from the p-type semiconductor.
8. The method for manufacturing a heterojunction diode according to claim 7, characterized in that it has a two-layer structure arranged in the order of e.
(10)バンドギャップの大きなn形半導体と該n形半
導体よりバンドギャップの小さなp形半導体とによりp
n接合が形成され、前記n形半導体は化合物半導体より
なる第1のn形層と単体半導体の第2のn形層の2層構
造を有し、正孔に対して電位障壁として働く前記pn接
合を形成する第1のn形層がトンネル効果を生じない範
囲で薄く形成されているヘテロ接合ダイオードを製造す
るために、 前記p形半導体の基板上にノンドープの前記化合物半導
体層を形成する第1の工程と、 該ノンドープの前記化合物半導体層上に絶縁層を形成す
る第2の工程と、 前記絶縁層の一部を除去し窓明けをすることにより前記
ノンドープの第1のn形層の一部を露出させる第3の工
程と、 前記露出されたノンドープの前記化合物半導体層に対し
て前記単体半導体である第2のn形層の半導体の構成元
素のイオン注入を行う第4の工程と、 前記絶縁層を除去し前記化合物半導体層を全面露出する
第5の工程と、 前記全面露出された前記化合物半導体層上に前記第2の
n形層を形成する第6の工程と、適当なアニーリングに
より前記窓明けした部分の前記化合物半導体層を活性化
する第7の工程とを含むヘテロ接合ダイオードの製造方
法。
(10) By using an n-type semiconductor with a large band gap and a p-type semiconductor with a smaller band gap than the n-type semiconductor,
An n-junction is formed, and the n-type semiconductor has a two-layer structure of a first n-type layer made of a compound semiconductor and a second n-type layer made of an elemental semiconductor, and the pn junction acts as a potential barrier against holes. In order to manufacture a heterojunction diode in which the first n-type layer forming the junction is formed thinly within a range that does not cause a tunnel effect, the first step is to form the non-doped compound semiconductor layer on the p-type semiconductor substrate. a second step of forming an insulating layer on the non-doped compound semiconductor layer; and a second step of forming an insulating layer on the non-doped first n-type layer by removing a part of the insulating layer and opening a window. a third step of exposing a portion; and a fourth step of implanting ions of a constituent element of the semiconductor of the second n-type layer, which is the single semiconductor, into the exposed non-doped compound semiconductor layer. , a fifth step of removing the insulating layer to fully expose the compound semiconductor layer, a sixth step of forming the second n-type layer on the fully exposed compound semiconductor layer, and a suitable method. a seventh step of activating the compound semiconductor layer in the windowed portion by annealing.
(11)前記p形半導体はp^−Si層であり、前記n
形半導体は前記p形半導体からn^+GaPとn^+S
iの順序で配列された2層構造であることを特徴とする
特許請求の範囲第10項記載のヘテロ接合ダイオードの
製造方法。
(11) The p-type semiconductor is a p^-Si layer, and the n
type semiconductors are n^+GaP and n^+S from the p-type semiconductor.
11. The method for manufacturing a heterojunction diode according to claim 10, wherein the heterojunction diode has a two-layer structure arranged in the order of i.
(12)前記p形半導体はp^−Ge層であり、前記n
形半導体は前記p形半導体からn^+GaAsとn^+
Geの順序で配列される2層構造であることを特徴とす
る特許請求の範囲第10項記載のヘテロ接合ダイオード
の製造方法。
(12) The p-type semiconductor is a p^-Ge layer, and the n
The type semiconductors are n^+GaAs and n^+ from the p-type semiconductor.
11. The method for manufacturing a heterojunction diode according to claim 10, wherein the heterojunction diode has a two-layer structure arranged in the order of Ge.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148267A (en) * 1989-09-08 1992-09-15 Hewlett-Packard Company Double heterostructure step recovery diode with internal drift field

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5148267A (en) * 1989-09-08 1992-09-15 Hewlett-Packard Company Double heterostructure step recovery diode with internal drift field

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