JPH0738175A - ガンダイオード - Google Patents
ガンダイオードInfo
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- JPH0738175A JPH0738175A JP5181698A JP18169893A JPH0738175A JP H0738175 A JPH0738175 A JP H0738175A JP 5181698 A JP5181698 A JP 5181698A JP 18169893 A JP18169893 A JP 18169893A JP H0738175 A JPH0738175 A JP H0738175A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 GaInAsガンダイオードに於て、高周波
特性の高性能化を図る。 【構成】 動作電流を流通せしめる領域以外の領域に水
素等の非金属性イオン、もしくは鉄等の遷移金属のイオ
ンを注入し絶縁化する。 【効果】 高速応答特性が安定する。
特性の高性能化を図る。 【構成】 動作電流を流通せしめる領域以外の領域に水
素等の非金属性イオン、もしくは鉄等の遷移金属のイオ
ンを注入し絶縁化する。 【効果】 高速応答特性が安定する。
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 dio
de)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 dio
de)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いる。
【0003】ガンダイオードには上記のGaAsの他に
リン化インジウム等の III−V族化合物半導体が使用さ
れている(特開平4−226091)。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を以上必要とされるこ
となどである(詳しくは、例えば R.J. Chaffin, "Micr
owave Semiconductor Devices"(John Wikey & Sons, I
nc., p. 243.参照)。
リン化インジウム等の III−V族化合物半導体が使用さ
れている(特開平4−226091)。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を以上必要とされるこ
となどである(詳しくは、例えば R.J. Chaffin, "Micr
owave Semiconductor Devices"(John Wikey & Sons, I
nc., p. 243.参照)。
【0004】近年、ガンダイオードに於いても低消費電
力化や或はまた応答の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
つ高い電子移動度を有する半導体材料の選択が必要であ
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(S
b)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:Xは混晶比)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。
力化や或はまた応答の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
つ高い電子移動度を有する半導体材料の選択が必要であ
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(S
b)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:Xは混晶比)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、上記の様に次世代の高性能
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混晶は材料を成長させる困難さなどから、
またGaX In1-X As混晶は期待したほどの素子特性
が得られず、これらの混晶を利用したガンダイオードは
いずれも本格的に実現されるには至っていない。
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混晶は材料を成長させる困難さなどから、
またGaX In1-X As混晶は期待したほどの素子特性
が得られず、これらの混晶を利用したガンダイオードは
いずれも本格的に実現されるには至っていない。
【0006】ガンダイオード用途のGaX In1-X As
混晶層は、通常硫黄(S)や錫(Sn)を添加してなる
低抵抗のn形InP単結晶基板上、或は鉄(Fe)を添
加してなる高抵抗の半絶縁性InP単結晶基板上にエピ
タキシャル成長法により形成される。実際の素子化に当
たっては、素子を動作させるための動作電流が流れる領
域以外の領域をエッチングにより除去し、動作電流の流
通部をメサ(mesa)形状として残存させることが行
われる。このメサエッチングにより素子の機能部は他と
電気的に絶縁される。メサエッチング工程は従来からガ
ン素子の製作上不可欠とされている工程要素である。
混晶層は、通常硫黄(S)や錫(Sn)を添加してなる
低抵抗のn形InP単結晶基板上、或は鉄(Fe)を添
加してなる高抵抗の半絶縁性InP単結晶基板上にエピ
タキシャル成長法により形成される。実際の素子化に当
たっては、素子を動作させるための動作電流が流れる領
域以外の領域をエッチングにより除去し、動作電流の流
通部をメサ(mesa)形状として残存させることが行
われる。このメサエッチングにより素子の機能部は他と
電気的に絶縁される。メサエッチング工程は従来からガ
ン素子の製作上不可欠とされている工程要素である。
【0007】然るメサエッチングを施した後、エピタキ
シャル動作層を前記の低抵抗のn形InP単結晶上に作
製する場合には入力電極を当該動作層上に、また出力電
極をInP単結晶基板に形成する。この場合動作電流は
エピタキシャル動作層側からInP単結晶基板側にいわ
ば縦方向に流れる。一方、エピタキシャル成長動作層を
高抵抗のInP基板結晶上に設ける場合には、基板とし
て電流が流れ難い半絶縁性の結晶を用いているので、入
・出力電極共に動作層上に形成する。この場合は動作電
流はエピタキシャル成長層を横方法に流れる。電極を形
成した後は、動作層のメサ領域を覆うように表面に絶縁
性膜を被着し、表面に露出した動作層が大気に直接接触
するのを防ぐ。これはパッシベーション(passiv
ation)と称され、デバイス特性の経時的変化を抑
制するために重要である。
シャル動作層を前記の低抵抗のn形InP単結晶上に作
製する場合には入力電極を当該動作層上に、また出力電
極をInP単結晶基板に形成する。この場合動作電流は
エピタキシャル動作層側からInP単結晶基板側にいわ
ば縦方向に流れる。一方、エピタキシャル成長動作層を
高抵抗のInP基板結晶上に設ける場合には、基板とし
て電流が流れ難い半絶縁性の結晶を用いているので、入
・出力電極共に動作層上に形成する。この場合は動作電
流はエピタキシャル成長層を横方法に流れる。電極を形
成した後は、動作層のメサ領域を覆うように表面に絶縁
性膜を被着し、表面に露出した動作層が大気に直接接触
するのを防ぐ。これはパッシベーション(passiv
ation)と称され、デバイス特性の経時的変化を抑
制するために重要である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、異なる
半導体材料を接合したヘテロ接合を動作層とするガンダ
イオードにあっては、メサエッチングによるメサを形成
する際に、ヘテロ接合を構成する半導体材料に依ってエ
ッチング剤を変更させる必要が生ずるなどの煩雑さを伴
う。また、ヘテロ接合を構成する半導体材料毎にエッチ
ング剤を変更する操作を施しても、半導体材料によって
エッチング速度が微妙に異なるなどに起因して、図1に
模式的に示す様にメサ構造に於てヘテロ界面(201)
に段差(202)が生ずることが多い。メサ構造上にこ
の様な段差が存在すると、パッシベーション膜(20
3)をメサ構造の周辺に均一に密着させるにことが出来
ず、図1に示す如くの間隙(204)が発生し、この密
着性の不均一さがガンダイオードの高周波特性の不均一
性を助長する結果を招いていた。この様なガンダイオー
ドの製作上の不具合はとりもなおずメサエッチングに起
因して発生するものであり、エピタキシャル動作層をメ
サ型に加工したことから一般にエピタキシャルメサ型と
称され、従来からガンダイオードに必然的に付随する大
きな問題であった。
半導体材料を接合したヘテロ接合を動作層とするガンダ
イオードにあっては、メサエッチングによるメサを形成
する際に、ヘテロ接合を構成する半導体材料に依ってエ
ッチング剤を変更させる必要が生ずるなどの煩雑さを伴
う。また、ヘテロ接合を構成する半導体材料毎にエッチ
ング剤を変更する操作を施しても、半導体材料によって
エッチング速度が微妙に異なるなどに起因して、図1に
模式的に示す様にメサ構造に於てヘテロ界面(201)
に段差(202)が生ずることが多い。メサ構造上にこ
の様な段差が存在すると、パッシベーション膜(20
3)をメサ構造の周辺に均一に密着させるにことが出来
ず、図1に示す如くの間隙(204)が発生し、この密
着性の不均一さがガンダイオードの高周波特性の不均一
性を助長する結果を招いていた。この様なガンダイオー
ドの製作上の不具合はとりもなおずメサエッチングに起
因して発生するものであり、エピタキシャル動作層をメ
サ型に加工したことから一般にエピタキシャルメサ型と
称され、従来からガンダイオードに必然的に付随する大
きな問題であった。
【0009】そこでエッチングによるメサ型を用いず
に、ガンダイオードの特性を発揮する上で要求される電
気的な絶縁性が得られる、いわゆるプレーナ(plan
er)型のガンダイオードを実現することを目的とす
る。
に、ガンダイオードの特性を発揮する上で要求される電
気的な絶縁性が得られる、いわゆるプレーナ(plan
er)型のガンダイオードを実現することを目的とす
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明ではヘテロ接合を
具備してなるガンダイードに於て、メサエッチングに代
わり、特定元素のイオンを注入することにより絶縁化を
果たすものである。
具備してなるガンダイードに於て、メサエッチングに代
わり、特定元素のイオンを注入することにより絶縁化を
果たすものである。
【0011】通常、ガンダイオードへの応用を考慮し
た、 III−V族化合物半導体としてGaX In1-X As
とInPとのヘテロ接合の場合を例に説明する。基板と
してはSもしくはSn等を添加した低抵抗のn形InP
単結晶基板、もしくは鉄(Fe)を添加してなる高抵抗
の半絶縁性InP単結晶基板が使用される。低抵抗のn
形の単結晶基板にあっては実用上は比抵抗が1mΩ・c
m前後の、また半絶縁性の高抵抗基板にあっては比抵抗
が106 〜107 Ω・cmのものを使用するのが一般的
である。
た、 III−V族化合物半導体としてGaX In1-X As
とInPとのヘテロ接合の場合を例に説明する。基板と
してはSもしくはSn等を添加した低抵抗のn形InP
単結晶基板、もしくは鉄(Fe)を添加してなる高抵抗
の半絶縁性InP単結晶基板が使用される。低抵抗のn
形の単結晶基板にあっては実用上は比抵抗が1mΩ・c
m前後の、また半絶縁性の高抵抗基板にあっては比抵抗
が106 〜107 Ω・cmのものを使用するのが一般的
である。
【0012】これらInP単結晶基板上に一般的には緩
衝層(バッファ層)としてInPエピタキシャル層を形
成し、その上にGaX In1-X Asエピタキシャル層を
堆積させヘテロ接合を形成する。InPバッファ層をI
nP結晶基板上に設けるのは、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、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
をもたらす可能性が有るからである。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InP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(バッファ層)としてInPエピタキシャル層を形
成し、その上にGaX In1-X Asエピタキシャル層を
堆積させヘテロ接合を形成する。InPバッファ層をI
nP結晶基板上に設けるのは、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、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
をもたらす可能性が有るからである。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InP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。
【0013】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、特に制限はない。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、化学量論的な制御性の観点から
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M
OVPE法では高品位のInP並びにGaInAsなど
を得ることができる。
にGaInAs層の成長方法には、特に制限はない。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、化学量論的な制御性の観点から
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M
OVPE法では高品位のInP並びにGaInAsなど
を得ることができる。
【0014】また、GaX In1-X Asの混晶比xにつ
いては、0.37≦x≦0.53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、Ga
X In1-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特に高速応答性
に多大な悪影響を来すからである。
いては、0.37≦x≦0.53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、Ga
X In1-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特に高速応答性
に多大な悪影響を来すからである。
【0015】また、ガンダイオード用途の動作層の膜厚
(d:cm)はダイオードの発振周波数(f:Hz)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)。 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設定すれば
良い。従って、上述の範囲にある混晶比と所望の周波数
から求められる膜厚とを有するGaX In1-X As層と
InPバッファ層と、或はまたInP結晶基板とでヘテ
ロ接合を形成し、ガンダイオード用の材料とすれば良
い。
(d:cm)はダイオードの発振周波数(f:Hz)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)。 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設定すれば
良い。従って、上述の範囲にある混晶比と所望の周波数
から求められる膜厚とを有するGaX In1-X As層と
InPバッファ層と、或はまたInP結晶基板とでヘテ
ロ接合を形成し、ガンダイオード用の材料とすれば良
い。
【0016】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。以下にn形のInP
基板上に設けたn形のInPバッファ層とn形のGaI
nAsとのヘテロ接合を動作層とするガンダイオードの
製作を例にして述べる。先ず、当該ウエハの表面全面に
亘り通常のフォトレジスト剤を塗布する。然る後、公知
のフォトリソグラフィ技術により円形の入力電極を形成
すべき領域以外のGaInAs層を被覆しているフォト
レジスト剤を剥離する。次に、入力電極の形成領域にフ
ォトレジスト剤を残存させ、水素イオンを注入する。こ
の水素イオンの注入にあたっては、ウエハの膜厚を考慮
して注入時の加速電圧並びにドーズ(dose)量を決定す
れば良いが、特に加速電圧は水素イオンが被注入体上に
設けたエピタキシャル層の膜厚以上の深さに達する様に
設定すれば良い。要は電極が形成される領域外に於て絶
縁性を保持させれば良いのであって、絶縁性を得るため
にエッチング等の加工技術を駆使してメサ型とする必要
はない。
としてガンダイオードを製作する。以下にn形のInP
基板上に設けたn形のInPバッファ層とn形のGaI
nAsとのヘテロ接合を動作層とするガンダイオードの
製作を例にして述べる。先ず、当該ウエハの表面全面に
亘り通常のフォトレジスト剤を塗布する。然る後、公知
のフォトリソグラフィ技術により円形の入力電極を形成
すべき領域以外のGaInAs層を被覆しているフォト
レジスト剤を剥離する。次に、入力電極の形成領域にフ
ォトレジスト剤を残存させ、水素イオンを注入する。こ
の水素イオンの注入にあたっては、ウエハの膜厚を考慮
して注入時の加速電圧並びにドーズ(dose)量を決定す
れば良いが、特に加速電圧は水素イオンが被注入体上に
設けたエピタキシャル層の膜厚以上の深さに達する様に
設定すれば良い。要は電極が形成される領域外に於て絶
縁性を保持させれば良いのであって、絶縁性を得るため
にエッチング等の加工技術を駆使してメサ型とする必要
はない。
【0017】上記では、絶縁化のために水素イオンを注
入したが、水素以外に酸素、ホウ素などの非金属系の元
素、或は鉄、ニッケル、コバルト等の遷移金属でも同様
の絶縁化が果たされることを見出した。但し、これらの
元素のイオンを注入するに際しての最適な加速電圧、ド
ーズ量が各々の元素に依って変化するので、元素毎の最
適化が必要とされる。また、鉄、ニッケル、コバルト等
は質量数が比較的高く、この様なイオンを高いドーズ量
で注入した場合は、注入時に被注入体に与える損傷も大
きくなり、注入後に熱処理(アニール)を施し、注入時
に被った損傷を回復させる必要が生ずる場合もある。更
には、これらのイオンを高いドーズ量で注入する場合に
は、マスク材としての役目を果たすフォトレジスト剤も
変質し、充分に剥離出来ない場合がある。この様な事態
が予想される場合には、フォトリソグラフィー工程に於
てフォトレジスト剤を塗布する以前に酸化膜を被注入体
に堆積し、その後パターニングを施せば良い。イオン注
入後に、当該酸化膜をフッ酸(フッ化水素酸)などを使
用して剥離すれば、その上に在るフォトレジスト剤も同
時に剥離される。
入したが、水素以外に酸素、ホウ素などの非金属系の元
素、或は鉄、ニッケル、コバルト等の遷移金属でも同様
の絶縁化が果たされることを見出した。但し、これらの
元素のイオンを注入するに際しての最適な加速電圧、ド
ーズ量が各々の元素に依って変化するので、元素毎の最
適化が必要とされる。また、鉄、ニッケル、コバルト等
は質量数が比較的高く、この様なイオンを高いドーズ量
で注入した場合は、注入時に被注入体に与える損傷も大
きくなり、注入後に熱処理(アニール)を施し、注入時
に被った損傷を回復させる必要が生ずる場合もある。更
には、これらのイオンを高いドーズ量で注入する場合に
は、マスク材としての役目を果たすフォトレジスト剤も
変質し、充分に剥離出来ない場合がある。この様な事態
が予想される場合には、フォトリソグラフィー工程に於
てフォトレジスト剤を塗布する以前に酸化膜を被注入体
に堆積し、その後パターニングを施せば良い。イオン注
入後に、当該酸化膜をフッ酸(フッ化水素酸)などを使
用して剥離すれば、その上に在るフォトレジスト剤も同
時に剥離される。
【0018】然る後、通常のフォトリソグラフィー法に
依るパターニング手法を利用して、入力用オーミック電
極を形成する。次に今度は出力電極を形成すべく、In
P単結晶基板の裏面全面に亘り電極用金属材料を被着さ
せる。ここでは一例として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。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。本発明に依ればメサエッチング法を採用せず
に絶縁化を果しているために、素子の表面の平坦性を維
持できるため、従来の如くのメサエッチングによりヘテ
ロ界面エッチング段差を生ずることもなく、よってパッ
シベーション用の絶縁膜とメサエッチングされたエピタ
キシャル層との間に間隙が出来ることも無い。本発明で
は一般的なSiO2 を絶縁被覆膜として採用したが、他
の絶縁性を有する膜、例えば窒化珪素(SiN)などで
あっても良い。
依るパターニング手法を利用して、入力用オーミック電
極を形成する。次に今度は出力電極を形成すべく、In
P単結晶基板の裏面全面に亘り電極用金属材料を被着さ
せる。ここでは一例として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。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。本発明に依ればメサエッチング法を採用せず
に絶縁化を果しているために、素子の表面の平坦性を維
持できるため、従来の如くのメサエッチングによりヘテ
ロ界面エッチング段差を生ずることもなく、よってパッ
シベーション用の絶縁膜とメサエッチングされたエピタ
キシャル層との間に間隙が出来ることも無い。本発明で
は一般的なSiO2 を絶縁被覆膜として採用したが、他
の絶縁性を有する膜、例えば窒化珪素(SiN)などで
あっても良い。
【0019】上記の如くのプロセスを経たエピタキシャ
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、従来からのメサエッチング工程を経て製作
されたガンダイオードとで特性の比較を行うと、本発明
に基づくガンダイオードにあっては、従来になく安定し
た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。これは本発明に基ずきイオ
ン注入により所望の領域、即ち動作電流を流通すべき領
域以外を絶縁化することによりメサエッチングを要しな
いことに因るものである。
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、従来からのメサエッチング工程を経て製作
されたガンダイオードとで特性の比較を行うと、本発明
に基づくガンダイオードにあっては、従来になく安定し
た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。これは本発明に基ずきイオ
ン注入により所望の領域、即ち動作電流を流通すべき領
域以外を絶縁化することによりメサエッチングを要しな
いことに因るものである。
【0020】
【作用】イオン注入法により絶縁化を果たすことによ
り、素子の表面の平坦性を維持でき、パッシベーション
膜との密着性を向上させることにより、動作層等とパッ
シベーション絶縁膜と接触状態を均一にし、動作層等の
表面状態を一定に維持でき、結果としてガンダイオード
の特性の安定化を達成する。
り、素子の表面の平坦性を維持でき、パッシベーション
膜との密着性を向上させることにより、動作層等とパッ
シベーション絶縁膜と接触状態を均一にし、動作層等の
表面状態を一定に維持でき、結果としてガンダイオード
の特性の安定化を達成する。
【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1)図2は本発明に係わるGaInAs/In
P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2の(301)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(302)は結晶基板(301)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Siをドーパントとして添加したn形I
nPエピタキシャルバッファ層である。当該バッファ層
(302)のキャリア濃度は基板結晶(301)とほぼ
同一の2×1018cm-3であった。次に、InP層(3
02)上に混晶比が0.47であるInPと格子整合す
るGa0. 47In0.53As層(303)を厚さ約950n
mで堆積させた。Ga0.47In0. 53As層(303)は
硫黄(S)をドーピングしたn形層であり、キャリア濃
度は約2×1016 cm-3 である。この構成からなるエピ
タキシャル層についてHall効果法により測定した場
合の室温での電子移動度は、約12,000cm2/V
・sであった。
る。 (実施例1)図2は本発明に係わるGaInAs/In
P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2の(301)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(302)は結晶基板(301)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Siをドーパントとして添加したn形I
nPエピタキシャルバッファ層である。当該バッファ層
(302)のキャリア濃度は基板結晶(301)とほぼ
同一の2×1018cm-3であった。次に、InP層(3
02)上に混晶比が0.47であるInPと格子整合す
るGa0. 47In0.53As層(303)を厚さ約950n
mで堆積させた。Ga0.47In0. 53As層(303)は
硫黄(S)をドーピングしたn形層であり、キャリア濃
度は約2×1016 cm-3 である。この構成からなるエピ
タキシャル層についてHall効果法により測定した場
合の室温での電子移動度は、約12,000cm2/V
・sであった。
【0022】この様な構造のウエハの最表面全体を通常
使用しているフォトレジスト剤で被覆し、入力電極(3
04)となすべき領域を公知のフォトリソグラフィー法
を駆使してパターニングした。然る後、当該ウエハをイ
オン注入装置内に載置し、加速電圧300KV、ドーズ
量8×1013cm-2をもって水素イオンを注入した。水
素イオンは純度6Nの高純度水素ガスのイオン化により
発生させた。これによりフォトレジスト剤が存在しない
領域(307)に水素イオンが注入され、動作電流が流
れない領域を絶縁化した。ちなみに上記の注入条件下で
は、理論上水素イオンは深さ方向にGa0.47In0.53A
s層(303)及びInP層(302)を通過し、In
P単結晶基板(301)の表面側の一部迄到達する計算
となっている。
使用しているフォトレジスト剤で被覆し、入力電極(3
04)となすべき領域を公知のフォトリソグラフィー法
を駆使してパターニングした。然る後、当該ウエハをイ
オン注入装置内に載置し、加速電圧300KV、ドーズ
量8×1013cm-2をもって水素イオンを注入した。水
素イオンは純度6Nの高純度水素ガスのイオン化により
発生させた。これによりフォトレジスト剤が存在しない
領域(307)に水素イオンが注入され、動作電流が流
れない領域を絶縁化した。ちなみに上記の注入条件下で
は、理論上水素イオンは深さ方向にGa0.47In0.53A
s層(303)及びInP層(302)を通過し、In
P単結晶基板(301)の表面側の一部迄到達する計算
となっている。
【0023】然るイオン注入を施した後、Ga0.47In
0.53As層(303)の表面全体を再びフォトレジスト
剤で被覆し、公知のフォトリソグラフィー技術により入
力電極(304)となすべき領域のフォトレジスト剤を
除去した。その後、電極用合金となすゲルマニウムを約
13重量%含有する金・ゲルマニウム(Au・Ge)合
金をウエハの表面全面に真空蒸着した。その後リフトオ
フ法により入力電極形成以外の領域に存在するAu・G
e合金を除去した。次に、同様にInP単結晶基板(3
01)の裏面全面にAu・Ge合金膜を真空蒸着して出
力電極(305)とした。然る後、ウエハを温度420
℃で、時間にして3分間熱処理し、Au・Ge電極(3
04及び305)にオーミック性を付与した。
0.53As層(303)の表面全体を再びフォトレジスト
剤で被覆し、公知のフォトリソグラフィー技術により入
力電極(304)となすべき領域のフォトレジスト剤を
除去した。その後、電極用合金となすゲルマニウムを約
13重量%含有する金・ゲルマニウム(Au・Ge)合
金をウエハの表面全面に真空蒸着した。その後リフトオ
フ法により入力電極形成以外の領域に存在するAu・G
e合金を除去した。次に、同様にInP単結晶基板(3
01)の裏面全面にAu・Ge合金膜を真空蒸着して出
力電極(305)とした。然る後、ウエハを温度420
℃で、時間にして3分間熱処理し、Au・Ge電極(3
04及び305)にオーミック性を付与した。
【0024】次に、素子化されたウエハ表面の電極部以
外の領域を通常のプラズマCVD法によるSiO2 絶縁
膜(306)でを被覆し、フォトレジスト工程によるパ
ターニングのより電極部を円形に露出させた。このSi
O2 膜(306)の厚さは約300nmとした。
外の領域を通常のプラズマCVD法によるSiO2 絶縁
膜(306)でを被覆し、フォトレジスト工程によるパ
ターニングのより電極部を円形に露出させた。このSi
O2 膜(306)の厚さは約300nmとした。
【0025】(実施例2)本実施例では、Feを添加し
た高抵抗の半絶縁性InP単結晶基板上に動作層等を設
けたガンダイオードの実施例を述べる。図3は本実施例
に係わるガンダイオードの構成を模式的に示す平面図で
あり、また図4は図3に掲げる平面図の線A−A’方向
に沿った断面図である。図中(401)は基板として使
用したFe添加の半絶縁性InP単結晶である。単結晶
基板(401)の上に実施例1と同じくn形のInPエ
ピタキシャル層(402)と、混晶比が0.47のGa
0.47In0.53As層(403)とを順次堆積させた。各
層のキャリア濃度、膜厚共に実施例1と同じにした。
た高抵抗の半絶縁性InP単結晶基板上に動作層等を設
けたガンダイオードの実施例を述べる。図3は本実施例
に係わるガンダイオードの構成を模式的に示す平面図で
あり、また図4は図3に掲げる平面図の線A−A’方向
に沿った断面図である。図中(401)は基板として使
用したFe添加の半絶縁性InP単結晶である。単結晶
基板(401)の上に実施例1と同じくn形のInPエ
ピタキシャル層(402)と、混晶比が0.47のGa
0.47In0.53As層(403)とを順次堆積させた。各
層のキャリア濃度、膜厚共に実施例1と同じにした。
【0026】然る後、Ga0.47In0.53As層(40
3)上にフォトレジスト剤を全面に亘り塗布し、公知の
フォトリソグラフィー技術により、入力並びに出力電極
となる領域を含む動作層となる領域(404)のレジス
ト剤を残存させる様にパターニングを施した。その後、
この残存させたレジスト剤をマスク材として二価の鉄イ
オン(質量数:26)を注入した。これにより領域(4
04)以外の領域(405)に鉄イオンが注入されたこ
ととなる。二価鉄イオンは加速電圧300KV、ドーズ
量3×1013cm-2の条件下で注入した。次に、レジス
ト剤を剥離した。
3)上にフォトレジスト剤を全面に亘り塗布し、公知の
フォトリソグラフィー技術により、入力並びに出力電極
となる領域を含む動作層となる領域(404)のレジス
ト剤を残存させる様にパターニングを施した。その後、
この残存させたレジスト剤をマスク材として二価の鉄イ
オン(質量数:26)を注入した。これにより領域(4
04)以外の領域(405)に鉄イオンが注入されたこ
ととなる。二価鉄イオンは加速電圧300KV、ドーズ
量3×1013cm-2の条件下で注入した。次に、レジス
ト剤を剥離した。
【0027】更に、上記の鉄イオンを注入したウエハの
表面上を再びフォトレジスト剤で全面に亘り被覆し、公
知のフォトリソグラフィー法により、入・出力電極(4
06及び407)を形成する領域のみのフォトレジスト
剤を除去した。次に、Au・Ge合金を表面全体に亘り
被着した。これをリフトオフ法より入・出力電極(40
6及び407)を形成する領域のAu・Ge合金を残存
させた。その後、ウエハを温度420℃で約3分間アロ
イングした。本実施例の様に半絶縁性結晶を基板として
用いた場合には、動作電流は実施例1とは異なりエピタ
キシャル成長層内を横方向に流通させなければならない
ため、入・出力電極(406及び407)はGa0.47I
n0.53As層(403)上に存在する。
表面上を再びフォトレジスト剤で全面に亘り被覆し、公
知のフォトリソグラフィー法により、入・出力電極(4
06及び407)を形成する領域のみのフォトレジスト
剤を除去した。次に、Au・Ge合金を表面全体に亘り
被着した。これをリフトオフ法より入・出力電極(40
6及び407)を形成する領域のAu・Ge合金を残存
させた。その後、ウエハを温度420℃で約3分間アロ
イングした。本実施例の様に半絶縁性結晶を基板として
用いた場合には、動作電流は実施例1とは異なりエピタ
キシャル成長層内を横方向に流通させなければならない
ため、入・出力電極(406及び407)はGa0.47I
n0.53As層(403)上に存在する。
【0028】上記の電極を形成後、通常のプラズマCV
D法により絶縁性の二酸化珪素(SiO2 )(408)
を表面に堆積させた。その後、このSiO2 (408)
上にフォトレジスト剤を塗布し、公知のフォトリソグラ
フィー法により入力電極(406)並びに出力電極(4
07)を形成する領域に存在するレジスト剤のみを剥離
除去した。次に、剥離したレジスト剤の直下に存在して
いたSiO2 絶縁膜(408)をフッ酸(化学式 H
F)を使用して溶解させ、入・出力電極(406及び4
07)の表面を露出させた。
D法により絶縁性の二酸化珪素(SiO2 )(408)
を表面に堆積させた。その後、このSiO2 (408)
上にフォトレジスト剤を塗布し、公知のフォトリソグラ
フィー法により入力電極(406)並びに出力電極(4
07)を形成する領域に存在するレジスト剤のみを剥離
除去した。次に、剥離したレジスト剤の直下に存在して
いたSiO2 絶縁膜(408)をフッ酸(化学式 H
F)を使用して溶解させ、入・出力電極(406及び4
07)の表面を露出させた。
【0029】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。従来例とはエピタキシャルメサ型の
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、本発明に係わる新た
なガンダイオードと従来のガンダイオードでは応答速度
の安定性に顕著な差異が現れ、本発明に依れば、応答速
度が約45±5psの高速応答ガンダイオードが従来に
無く安定的に得られた。
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。従来例とはエピタキシャルメサ型の
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、本発明に係わる新た
なガンダイオードと従来のガンダイオードでは応答速度
の安定性に顕著な差異が現れ、本発明に依れば、応答速
度が約45±5psの高速応答ガンダイオードが従来に
無く安定的に得られた。
【0030】
【発明の効果】本発明に依れば、高速応答を有するガン
ダイオードを安定して供給可能とする。
ダイオードを安定して供給可能とする。
【図1】従来のヘテロ接合ガンダイオードの構成を示す
断面図である。
断面図である。
【図2】本発明に係わるn形InP結晶を基板とするガ
ンダイオードの垂直方向の模式的な断面図である。
ンダイオードの垂直方向の模式的な断面図である。
【図3】本発明に係わる半絶縁性の高抵抗InP結晶を
基板とするガンダイオードの垂直方向の模式的な平面図
である。
基板とするガンダイオードの垂直方向の模式的な平面図
である。
【図4】図3に掲げるガンダイオードの線A−A’方向
に沿った垂直断面を示す概略図である。
に沿った垂直断面を示す概略図である。
201・・・ヘテロ界面 202・・・段差 203・・・パッシベーション膜 204・・・間隙 205・・・ダイシングライン 206・・・n形InP単結晶基板 207・・・入力電極 208・・・出力電極 209・・・動作層 301・・・n形InP単結晶基板 302・・・n形InPバッファ層 303・・・n形GaInAs層 304・・・入力電極 305・・・出力電極 306・・・SiO2 絶縁膜 307・・・水素イオン注入領域 308・・・ダイシングライン 401・・・半絶縁性InP単結晶基板 402・・・n形InPバッファ層 403・・・n形GaInAs層 404・・・動作層領域 405・・・水素イオン注入領域 406・・・入力電極 407・・・出力電極 408・・・SiO2 絶縁膜 409・・・ダイシングライン
Claims (3)
- 【請求項1】 III−V族化合物半導体エピタキシャル
成長層からなるヘテロ接合を具備したガンダイオードに
於て、該ガンダイオードを動作させるための動作電流が
流れる領域以外の領域に、非金属もしくは遷移金属のイ
オンを注入した絶縁層を有することを特徴とするガンダ
イオード。 - 【請求項2】 非金属のイオンが水素、酸素、もしくは
ホウ素のいずれか1種であることを特徴とする請求項1
に記載のガンダイオード。 - 【請求項3】 遷移金属のイオンが鉄、ニッケル、コバ
ルトのいずれか1種であることを特徴とする請求項1に
記載のガンダイオード。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5181698A JPH0738175A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | ガンダイオード |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5181698A JPH0738175A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | ガンダイオード |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0738175A true JPH0738175A (ja) | 1995-02-07 |
Family
ID=16105303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5181698A Pending JPH0738175A (ja) | 1993-07-22 | 1993-07-22 | ガンダイオード |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0738175A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5675157A (en) * | 1994-07-15 | 1997-10-07 | U.S. Philips Corporation | Transferred electron effect device |
| CN100413114C (zh) * | 2006-09-30 | 2008-08-20 | 浙江大学 | 一种氧化锌负阻器件及其制备方法 |
| KR101690233B1 (ko) * | 2015-07-24 | 2016-12-27 | 김창규 | 정경기용 가이드바 |
-
1993
- 1993-07-22 JP JP5181698A patent/JPH0738175A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5675157A (en) * | 1994-07-15 | 1997-10-07 | U.S. Philips Corporation | Transferred electron effect device |
| CN100413114C (zh) * | 2006-09-30 | 2008-08-20 | 浙江大学 | 一种氧化锌负阻器件及其制备方法 |
| KR101690233B1 (ko) * | 2015-07-24 | 2016-12-27 | 김창규 | 정경기용 가이드바 |
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