JPH03218675A - 化合物半導体装置 - Google Patents
化合物半導体装置Info
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- JPH03218675A JPH03218675A JP2009028A JP902890A JPH03218675A JP H03218675 A JPH03218675 A JP H03218675A JP 2009028 A JP2009028 A JP 2009028A JP 902890 A JP902890 A JP 902890A JP H03218675 A JPH03218675 A JP H03218675A
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
Ga1− x Asへのコンタクトの形成に関する。
て、移動度が約6倍もあり、また半絶縁性基板を容易に
得ることができる等の利点を有していることから、高速
デバイス用材料として有望視されている。
砒化アルミニウムガリウム( Al x Ga+− x
As)は格子定数がGaAsに極めて近( 、GaA
sとの間で良好なエビタキシャル成長を行うことが可能
であることから、これらの間のへテロ接合を利用した^
1xGa+− X As/ GaAs系のへテロ接合デ
バイスの開発が盛んに行われている。
エミッタとして用いたAl x Ga+− x As/
GaAsヘテロ接合バイポーラトランジスタ(H B
T)や、Al x Ga+− X Asを電子供給層
として用いた高電子移動度トランジスタ(HEMT)な
ど、多くのデハイスの開発が行われている。
の低減か極めて重要な役割を果たす。
上には低抵抗のオーミックコンタクトは形成しにくいた
め、表面にAt X Ga+− X Asかくるような
デバイスであっても、この上にオーミックコンタクト用
のキャップ層としてn + GaAs層を形成したもの
が用いられる。
温度等について様々な工夫がなされている。
sは、Siに比べてバンドギャップが大きく、かつ得ら
れる電子濃度の上限も低いため、コンタクト抵抗の低減
には限界かある。
+− x Asをコンタクト層として用いる方法が提案
されている(J.Vac.Sc t.Techno1.
,19 (3)1981PP626〜627)。
する際に、n十型1nx Ga+− X As層とn+
InAs層を介在させた場合の、n型GaAs層から、
n十型Inx Ga1− X As層、n+lnAs層
を経て、金属電極に至る理想的エネルギーバンド図を、
第5図に示す。
につなぐために、これらの間にInX Gal− X
As ( X −0−1)の組成傾斜層が挿入されてい
る。InAs層と電極との間にはショットキバリアがな
いため、低抵抗のコンタクトを得ることができる。
96という大きな格子不整がある。
する。このl nGaAs層の膜厚が臨界厚以下の場合
には転位は発生しない。しかし、低抵抗のオーミックコ
ンタクトを得るためには1nの混晶比Xは1に近いほど
よく、臨界厚はXが1に近い程小さい。
。さらに、Xが1に近い程、バンドを滑らかにつなぐた
めに必要なInx Ga1− x As組成傾斜層の厚
さは厚くなる。一方、素子性能、プロセス等を考えると
コンタクト層の厚さは薄いほうが好ましい。このような
理由から、結局のところ、実用的な構造て低抵抗オーミ
ックコンタクトを得るためにはミスフィット転位の発生
は避けられない。
Ga+− x As組成傾斜層に集中し、この領域のキ
ャリアを補償してしまうため、キャリア濃度の低下を招
くという問題があった。
シャル成長の条件等に依存するものの、lnAsSGa
Asそれそれについて約2×1019CII1−31×
10l9C#l−3程度であることが知られているが、
InAs/ [nx Ga+− x As/ GaAs
構造においては、特に、lnx Ga1− xAs中間
層で、キャリア濃度の大きなディップが生じてしま゛う
。Inx Ga+− X As層を充分に厚くすれば転
位密度(cm−3)も低下し、デイツブも減少する。
有する半導体装置に適用することを考えると、膜厚を増
加させることは実用的でない。
1− xAs/GaAs構造中のキャリア濃度分布を測
定した結果を示す。ここて、lnx Ga1− x A
sの膜厚は500人とし、InAs, lnx Ga+
− x Asについてはシリコンを1. 5 X 1
019cm−3ドーピングした。この図からも明らか
なように、Inx Ga+− x As層中では、キャ
リア濃度は大きく落ち込み、特にGaAs層との界面近
傍ではキャリアの存在しない領域も形成されている。こ
のような状態では、半導体層に垂直な方向に電流を流し
た場合のコンタクト抵抗は5×10−6ΩcIItと高
いものであった。
を得ることかできても、コンタクト部全体としては十分
な低抵抗化をはかることができないという問題かあった
。
型GaAs層へのオーミックコンタクトを形成するに際
し、lnx Ga1− X AS組成傾斜層中で、ミス
フィット転位によるキャリアの補償により、キャリア濃
度が低下し、高抵抗となる領域か形成され、コンタクト
抵抗が大きくなってしまうという問題があった。
+− x As層を用いてn型GaAs層へのオーミッ
クコンタクトを形成するに際し、Inx Ga+− x
As組成傾斜層中でのキャリア濃度の低下により高抵
抗層が形成されるという問題を回避し、極低抵抗のオー
ミックコンタクトを実現することを目的とする。
に、1nX Ga1− X As組成傾斜層および組成
が一様なInxGa+− x Asコンタクト層を介し
て電極金属層を形成するに際し、lnx Ga+− x
As組成傾斜層をn型として活性化される不純物1度
よりも多いn型不純物をドーブしたもので構成するよう
にしている。
層中の、該1nxGa+− X Asコンタクト層に接
する領域のキャリア濃度が、該At x Ga+− X
As層に接する領域のキャリア濃度よりも高くなるよ
うに構成している。
傾斜層中の、該Al x Ga+− x As層に接す
る領域のn型不純物濃度が、該1rH Ga+− X
Asコンタクト層に接する領域のn型不純物濃度よりも
高くなるように構成している。
のlnAs/ Inx Ga+− x As/ GaA
stJi造中のキャリア濃度分布の測定結果に基ついて
様々な考察を重ね、種々の実験を行った結果、lnx
Ga1− x As組成傾斜層へのn型不純物ドープ量
を大幅に大きくすることにより、この層中のキャリア濃
度の極端な落ち込みかなくなることを発見した。
s組成傾斜層へのn型不純物ドープ量をn型として活性
化される不純物濃度よりも多く設定することにより、縦
方向に電流を流す場合においても、極めて低抵抗のコン
タクトを得ることができる。
層中の、該1nx Ga+− x Asコンタクト層に
接する領域のキャリア濃度が、該^I X Ga1−
X As層に接する領域のキャリア濃度よりも高くなる
ように構成することによって、さらにコンタクト抵抗を
低くすることができる。
層中の、該Al x Ga+− x As層に接する領
域のn型不純物濃度が、該1nx Ga+− x As
コンタクト層に接する領域のn型不純物濃度よりも高く
することによって、この層中のキャリア濃度を高め、さ
らにより低抵抗のコンタクトを得ることが可能となる。
−3以上であるのが望ましい。
説明する。
た本発明の第1の実施例のへテロ接合バイポーラトラン
ジスタを示す断面図である。
0人のn型Alo.a Gao.7^S層5および膜厚
300人のn型^I X Ga1− X As組成傾斜
層(x −0.3→0)6とからなるエミツタ層へのコ
ンタクトが、膜厚500人のn十型GaAs層7と、膜
厚400Aのn十型1nx Ga+− x As組成傾
斜層(x一〇一1)8と、膜厚400人のn十型1 n
As層9とから構成され、このn十型1nAs層9およ
びn十型1nX Ga+− x As層8の不純物濃度
を3. 5.x 1 0 19cn+−3と高濃度に
し、この上にCr/Au層からなるエミッタ電極13を
形成したことを特徴とするものである。このどきlnx
Ga1− x As組成傾斜層8の不純物濃度は第2
図(a)に示すように3.5X1019CIll−3と
なっている。ここで、n型不純物としてはSt, p型
不純物としてはBeを用いた。
半絶縁性GaAs基板1上に積層されコレクタコンタク
ト層を構成する膜厚5000Aのn+型GaAs層2と
、この上層に順次積層され低濃度コレクタ層を構成する
膜厚5000人のn一型GaAs層3と、ベース層を構
成する膜厚100〇八のp+ GaAs層4と、エミッ
タ層を構成する膜厚2000人のn型Ato.3Gao
.7As層5および膜厚300人のn型Alx Ga+
− x As組成傾斜層(X −0.3 →0 )6と
から素子領域か構成されており、エミッタ層へのコンタ
クトが、n十型GaAs層7と、n十型InX Ga+
− x As組成傾斜層(x−0→1)8と、n+型I
nAs層9とから構成されている。
、ベース電1fill、コレクタ電極12が彰成されて
いる。
、基板上にエビタキシャル成長させる必要があり、この
エビタキシャル成長法としては、分子線エビタキシー法
(MBE法)、ガスソース分子線エビタキシー法(GS
MBE法)、または、有機金属気相成長法(MOCVD
法)等が用いられる。ここでは、MBE法を用いた。
(x −0→1)8において、Xは0,1の間を下から
上に向かって大きくなるように設定されており、こうす
ることにより、n+型GaAs層7とn十型lnAs層
9との間における伝導帯をなめらかにつなぐことができ
る。
1− X As中間層すなわち組成傾斜層(X−0→1
)8と、n十型1nAs層9とにおけるキャリア濃度を
測定した結果を第2図(b)に示す。この図からも明ら
かなように、n十型lnx Ga+− x As中間層
でのキャリア濃度の落ち込みはほとんどなくなっている
ことがわかる。
抗は、7X10−8Ωcdとなっており、従来例のHB
Tの5×10 6ΩC一に比べて極めて小さいものであ
った。
低くすることができるため、従来例のHBTに比べてト
ランスコンダクタンスGII1が向上し、より電流密度
の高い領域での動作が可能となった。
周波数fTは90GHzとなり、従来の70のGHzに
比べて大幅に向上している。
xAs中間層8の不純物濃度のみを変化させたHBTの
、不純物濃度とコンタクト抵抗率との関係を測定した結
果を第1表に示す。
×10l9cII1−3程度であるが、この表からも明
らかなように、n十型1口X Ga+− x As中間
層8の不純物濃度を3 X 1 0 19cm−3以上
としたとき極めて低いコンタクト抵抗を得ることができ
る。
例1のHBTと同一構造でInx Ga+− x As
組成傾斜層8の不純物濃度を層中で変化させた例につい
て説明する。
As組成傾斜層8の不純物濃度を第3図(a)に示すよ
うに、InxGa1− X As組成傾斜層8中でのn
型不純物濃度が、該GaAs層7側から、該1nAsコ
ンタクト層9側にかけて徐々に低くなるようにしている
。すなわち、該GaAs層7に接する領域のn型不純物
濃度d1は、該1 nAsコンタクト層9に接する領域
のn型不純物濃度d2よりも高くなっている。
不純物濃度d2を3.5×1019CIll−3とし、
GaAs層7に接する領域のn型不純物濃度diを5.
0×10190II+−3とした。
a+− x As中間層すなわち組成傾斜層(x−0−
1)8と、n十型1 nAs層9とにおけるキャリア濃
度を?定した結果を第3図(b)に示す。この図からも
明らかなように、n十型In)( Ga+− X As
中間層でのキャリア濃度の落ち込みはほとんどなくなっ
すおり、Inx Ga+− x As組成傾斜層中の、
InAsコンタクト層に接する領域のキャリア濃度D2
が、該GaAs層に接する領域のキャリア濃度D1より
も高くなっている。
抗は、5×10−8ΩC−となっており、実施例lのH
BTよりも小さくなっており、さらには従来例のHBT
の5X10−6ΩC一に比べると極めて小さいものであ
った。
て低くすることができるため、さらにトランスコンダク
タンスGiが向上し、より電流密度の高い領域での動作
が可能となった。
周波数frは100GHzとなり、実施例1のHBTの
カットオフ周波数f■よりもさらに向上している。
As中間層8の不純物濃度変化の勾配は同一とし不純物
濃度レベルのみを変化させたHBTの、不純物濃度とコ
ンタクト抵抗率との関係を測定した結果を第2表に示す
。
X1019C『3程度てあるが、この表からも明らかな
ように、n十型1nx Ga+− X As中間層8の
不純物濃度を3×1019C『3以上としたとき極めて
低いコンタクト抵抗を得ることができる。
xAs組成傾斜層8の不純物濃度は、GaAs層7側か
ら、該1 nAsコンタクト層9側にかけて徐々に低く
なるようにしたが、第3の実施例として、第4図(a)
に示すように、InxGal− X As組成傾斜層8
のn型不純物濃度が、該GaAs層7に接する領域から
ややInAsコンタクト層9側に入った領域で高くなっ
たのち、さらに徐々に低くなるようにしてもよい。
nX Ga+− x As中間層すなわち組成傾斜層(
x−0−+1)8と、n十型InAs層9とにおけるキ
ャリア濃度を測定した結果を第4図(b)に示す。この
図からも明らかなように、n十型1nx Ga+− x
As中間層てのキャリア濃度の落ち込みはまったくな
くなっており、lnx Ga+− X As組成傾斜層
中の、InAs−7ンタクト層に接する領域のキャリア
濃度D2が、該GaAs層に接する領域のキャリア濃度
D1よりも高くなっている。そして、コンタクト抵抗は
4×10−8ΩC一とさらに低くなっている。
例に限定されることなく必要に応じて適宜変更可能であ
る。
種々変形して実施することが可能である。
x Gal− X As層へのコンタクトを、lnx
Ga+− xAs組成傾斜層と組成が一様なlnx G
a+− x Asコンタクト層と電極金属層とによって
形成するに際し、lnx Ga1− x As組成傾斜
層をn型として活性化される不純物濃度よりも多いn型
不純物をドープするようにしているため、Inx Ga
1− X As組成傾斜層の厚さを十分薄くしたままで
もこの部分におけるキ八ヤリア濃度の低下による高抵抗
化もなく、低抵抗のコンタクトを形成することか可能と
なる。
トランジスタを示す断面図、第2図(a)は同トランジ
スタのエミッタコンタクト部の各層のn型不純物濃度と
深さとの関係を示す断面図、第2図(b)はキャリア濃
度と深さとの関係を示す断面図、第3図(a)は本発明
の第2の実施例の同トランジスタのエミッタコンタクト
部の各層のn型不純物濃度と深さとの関係を示す断面図
、第3図(b)は同トランジスタのキャリア濃度と深さ
との関係を示す断面図、第4図(a)は本発明の第3の
実施例の同トランジスタのエミッタコンタクト部の各層
のn型不純物濃度と深さとの関係を示す断面図、第4図
(b)は同トランジスタのキャリア濃度と深さとの関係
を示す断面図、第5図はn型GaAs/n十型1nx
Ga+− x As/ InAs電極構造の理想的エネ
ルギーバンド図、第6図は従来のシリコンドープn型G
aAs/n十型!nx Ga+− x As/ lnA
s電極構造における各層のキャリア濃度と深さとの関係
を示す断面図である。 1・・・半絶縁性GaAs基板、2−n十型GaAs層
、3−−・n一型GaAs層、4 − p +GaAs
層、5−n型^lo、a Gao.y As層、6・=
n型^1 x Ga+− x As組成傾斜層(x−0
.3 −+0 ) 、7=・n+型GaAs層、8−
n+型Inx Ga+− x As組成傾斜層(x
−0 −”1) 、’L・・n十型I nAs層、10
・・・エミツタ電極、11・・・ベース電極、12・・
・コレクタ電極。 完 1 図 (0) (b) 第2 図 第5図 500 0 5C0100015の 距1! (A) 第6図 InAsコンタ7ト,胃 500 05001αy:>+5oo 距稚(八) (0) 第3 Inたコン97ト眉 距離(人) (0.) 第4 [nAsコンフフト5i 距雅(A) (b) 図 距W fA) (b) 図
Claims (3)
- (1)n型Al_xGa_1_−_xAs層(0≦x≦
1)と、組成が徐々に変化するIn_xGa_1_−_
xAs(0≦x≦1)組成傾斜層と、 組成の一様なIn_xGa_1_−_xAs(0<x≦
1)コンタクト層と 金属電極層とからなるコンタクト構造を含 む化合物半導体装置において、 前記In_xGa_1_−_xAs組成傾斜層がn型と
して活性化される不純物濃度よりも多いn型不純物をド
ープしたもので構成されていることを特徴とする化合物
半導体装置 - (2)前記In_xGa_1_−_xAs組成傾斜層中
の、前記In_xGa_1_−_xAsコンタクト層に
接する領域のキャリア濃度が、前記Al_xGa_1_
−_xAs層に接する領域のキャリア濃度よりも高くな
るように構成したことを特徴とする請求項(1)に記載
の化合物半導体装置。 - (3)前記In_xGa_1_−_xAs組成傾斜層中
の、前記Al_xGa_1_−_xAs層に接する領域
のn型不純物濃度が、前記In_xGa_1_−_xA
sコンタクト層に接する領域のn型不純物濃度よりも高
くなるように構成したことを特徴とする請求項(1)ま
たは(2)に記載の化合物半導体装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP90312756A EP0430595B1 (en) | 1989-11-27 | 1990-11-23 | Compound semiconductor device |
| DE69030355T DE69030355T2 (de) | 1989-11-27 | 1990-11-23 | Verbindungshalbleiteranordnung |
| US07/852,334 US5266818A (en) | 1989-11-27 | 1992-03-17 | Compound semiconductor device having an emitter contact structure including an Inx Ga1 -x As graded-composition layer |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-306791 | 1989-11-27 | ||
| JP30679189 | 1989-11-27 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03218675A true JPH03218675A (ja) | 1991-09-26 |
| JP2980630B2 JP2980630B2 (ja) | 1999-11-22 |
Family
ID=17961290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009028A Expired - Lifetime JP2980630B2 (ja) | 1989-11-27 | 1990-01-18 | 化合物半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2980630B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6355947B1 (en) | 1998-08-20 | 2002-03-12 | Nec Corporation | Heterojunction bipolar transistor with band gap graded emitter |
| JP2005260255A (ja) * | 1996-02-19 | 2005-09-22 | Sharp Corp | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
-
1990
- 1990-01-18 JP JP2009028A patent/JP2980630B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005260255A (ja) * | 1996-02-19 | 2005-09-22 | Sharp Corp | 化合物半導体装置及びその製造方法 |
| US6355947B1 (en) | 1998-08-20 | 2002-03-12 | Nec Corporation | Heterojunction bipolar transistor with band gap graded emitter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2980630B2 (ja) | 1999-11-22 |
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