JP2600228B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- lattice constant
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明はHEMTなどのFET素子の非合金系コンタクトに
関し、 金属／半導体間のバリヤハイトを低減することを目的
とし、 素子が形成される半導体材料層と、これに格子整合さ
れ禁制帯の狭い別な半導体材料層との間に、これ等と格
子整合され且つ禁制帯の幅が前記両半導体材料間で連続
的に変化するグレーデッド層を設けて構成する。
関し、 金属／半導体間のバリヤハイトを低減することを目的
とし、 素子が形成される半導体材料層と、これに格子整合さ
れ禁制帯の狭い別な半導体材料層との間に、これ等と格
子整合され且つ禁制帯の幅が前記両半導体材料間で連続
的に変化するグレーデッド層を設けて構成する。
本発明は高電子移動度トランジスタ（HEMT）などの電
極構造に関連し、特に非合金系のオーミックコンタクト
に関するものである。
極構造に関連し、特に非合金系のオーミックコンタクト
に関するものである。
GaAsやInGaAsに代表される化合物半導体材料を用いて
FETなどの素子を形成する場合、そのオーミックコンタ
クトを如何にして形成するかは大きな問題である。通常
は合金成分を含むAuやPt等の金属膜を被着して熱処理
し、合金化する方法が採られているが、このような合金
系のコンタクトではパターンの周辺に細かな鋸歯が発生
し、素子特性を劣化させやすい。また、コンタクト抵抗
も十分に低くすることが困難である。そのため、非合金
系コンタクトの開発が必要になっている。
FETなどの素子を形成する場合、そのオーミックコンタ
クトを如何にして形成するかは大きな問題である。通常
は合金成分を含むAuやPt等の金属膜を被着して熱処理
し、合金化する方法が採られているが、このような合金
系のコンタクトではパターンの周辺に細かな鋸歯が発生
し、素子特性を劣化させやすい。また、コンタクト抵抗
も十分に低くすることが困難である。そのため、非合金
系コンタクトの開発が必要になっている。
InP基板上にInGaAs層とInAlAs層をエピタキシャル成
長させて形成するHEMTでも、ソース／ドレイン電極は非
合金型に形成可能であるが、その場合オーミックコンタ
クトをInAlAs上に形成すると、該材料の禁制帯幅が広
く、金属層との間に生ずるショットキ障壁（以下、バリ
ヤと呼称）が高くなるので、良好なオーミックコンタク
トは得られない。
長させて形成するHEMTでも、ソース／ドレイン電極は非
合金型に形成可能であるが、その場合オーミックコンタ
クトをInAlAs上に形成すると、該材料の禁制帯幅が広
く、金属層との間に生ずるショットキ障壁（以下、バリ
ヤと呼称）が高くなるので、良好なオーミックコンタク
トは得られない。
そこで第４図に示すように、ソース／ドレイン領域の
InAlAs層３上に高不純物濃度のInGaAs層６を堆積し、そ
の上にコンタクト金属層を被着することが考えられる。
InGaAsは禁制帯幅が狭いので、その不純物濃度を高めた
ものと金属との間に形成されるバリヤは低いものであ
り、トンネル効果によってオーミックコンタクトが実現
するであろうというわけである。
InAlAs層３上に高不純物濃度のInGaAs層６を堆積し、そ
の上にコンタクト金属層を被着することが考えられる。
InGaAsは禁制帯幅が狭いので、その不純物濃度を高めた
ものと金属との間に形成されるバリヤは低いものであ
り、トンネル効果によってオーミックコンタクトが実現
するであろうというわけである。
しかしながら該構成では、そのエネルギバンド図は第
３図に示されるようなものであり、 InGaAs（６）とInAlAs（３）の間で伝導帯が不連続で
あるため抵抗率は高いものとなるので、オーミックコン
タクトに要求される低コンタクト抵抗率という点が満足
されない。なお、（２）は真性InGaAsの部分である。
３図に示されるようなものであり、 InGaAs（６）とInAlAs（３）の間で伝導帯が不連続で
あるため抵抗率は高いものとなるので、オーミックコン
タクトに要求される低コンタクト抵抗率という点が満足
されない。なお、（２）は真性InGaAsの部分である。
本発明の目的は、バリヤハイトが低く、低抵抗率の非
合金系のオーミックコンタクトを実現することである。
合金系のオーミックコンタクトを実現することである。
上記目的を達成するため、本発明では 第１の格子定数を有し、且つ第１の禁制帯幅を有する
第１の半導体領域と、 金属電極が設けられる半導体領域であって、第１の格
子定数と同じ或いは略同じ格子定数を有し、且つ第１の
禁制帯幅より小である第２の禁制帯幅を有し、更に前記
電極金属に対して形成されるバリヤが十分に低い第２の
半導体領域との間に、 該第２の半導体領域に隣接して、第１の格子定数と同
じ或いは略同じ格子定数を有し、且つ第１の禁制帯幅よ
り小である第３の禁制帯幅を有する第３の半導体領域が
設けられ、 該第３の半導体領域と前記第１の半導体領域との間
に、第１の格子定数と同じ或いは略同じ格子定数を有
し、且つ禁制帯幅が前記第１の値から前記第３の値に連
続的に変化するように組成を変化させた半導体領域を設
けている。
第１の半導体領域と、 金属電極が設けられる半導体領域であって、第１の格
子定数と同じ或いは略同じ格子定数を有し、且つ第１の
禁制帯幅より小である第２の禁制帯幅を有し、更に前記
電極金属に対して形成されるバリヤが十分に低い第２の
半導体領域との間に、 該第２の半導体領域に隣接して、第１の格子定数と同
じ或いは略同じ格子定数を有し、且つ第１の禁制帯幅よ
り小である第３の禁制帯幅を有する第３の半導体領域が
設けられ、 該第３の半導体領域と前記第１の半導体領域との間
に、第１の格子定数と同じ或いは略同じ格子定数を有
し、且つ禁制帯幅が前記第１の値から前記第３の値に連
続的に変化するように組成を変化させた半導体領域を設
けている。
該構成を簡略化して表現すると、 半導体素子の形成に必要な半導体層であり、これに格
子整合し且つ禁制帯幅の狭い別な半導体材料層との間
に、これ等と格子整合され且つ禁制帯の幅が前記両半導
体材料間で連続的に変化するグレーデッド層を設け、更
に前記禁制帯幅の狭い別な半導体材料層の上に電極金属
に対し低いバリヤを形成する半導体層が設けられた構成
と言うことになる。
子整合し且つ禁制帯幅の狭い別な半導体材料層との間
に、これ等と格子整合され且つ禁制帯の幅が前記両半導
体材料間で連続的に変化するグレーデッド層を設け、更
に前記禁制帯幅の狭い別な半導体材料層の上に電極金属
に対し低いバリヤを形成する半導体層が設けられた構成
と言うことになる。
４元系化合物半導体では、その組成を選択することに
より、一定の範囲内で格子定数とバンドギャップを任意
に組み合わせた材料が得られる。従ってその組成を連続
的に変化させることにより、格子定数が同じでバンドギ
ャップだけが連続的に変化するグレーデッド層を実現す
ることは可能である。
より、一定の範囲内で格子定数とバンドギャップを任意
に組み合わせた材料が得られる。従ってその組成を連続
的に変化させることにより、格子定数が同じでバンドギ
ャップだけが連続的に変化するグレーデッド層を実現す
ることは可能である。
HEMTのように比較的バンドギャップの大きい材料層に
オーミックコンタクトを形成する場合、それに連続して
グレーデッド層を設け、格子定数を整合させたままバン
ドギャップを縮小し、オーミックコンタクト形成に適し
た半導体層に連続させるようにすれば、金属層との接触
界面のバリヤが低く、半導体層内の伝導帯の不連続を無
くした構造が実現し、低抵抗率のオーミックコンタクト
が得られることになる。
オーミックコンタクトを形成する場合、それに連続して
グレーデッド層を設け、格子定数を整合させたままバン
ドギャップを縮小し、オーミックコンタクト形成に適し
た半導体層に連続させるようにすれば、金属層との接触
界面のバリヤが低く、半導体層内の伝導帯の不連続を無
くした構造が実現し、低抵抗率のオーミックコンタクト
が得られることになる。
なお、本明細書の格子定数が整合しているという表現
は、格子定数が一致しているか、或いは格子不整合に起
因する結晶欠陥が発生したり素子特性に影響が及ぶ程度
の歪を生じない程度に、格子定数が近似していることを
指す。
は、格子定数が一致しているか、或いは格子不整合に起
因する結晶欠陥が発生したり素子特性に影響が及ぶ程度
の歪を生じない程度に、格子定数が近似していることを
指す。
第１図は本発明実施例のエネルギバンド図であり、こ
れに対応する半導体材料の構成が第２図に模式的に示さ
れている。例えばHEMTのソース／ドレイン領域がこのよ
うな積層構造を有することで、望ましいオーミックコン
タクトが形成される。
れに対応する半導体材料の構成が第２図に模式的に示さ
れている。例えばHEMTのソース／ドレイン領域がこのよ
うな積層構造を有することで、望ましいオーミックコン
タクトが形成される。
始めに第２図の構成について説明する。１はInP基板
で、その上に1000Åの厚さの真性InGaAs（ｉ−In0.53Ga
0.47As）層２が設けられている。HEMTが動作する時にこ
の層の中にチャネルが形成される。更にその上は500Å
の厚さのｎ型InAlAs（ｎ−In0.53Al0.47As）層３であ
り、上記チャネル形成のための電子を供給する領域であ
る。これ等の層はいずれもInP基板１に整合された格子
定数を有している。
で、その上に1000Åの厚さの真性InGaAs（ｉ−In0.53Ga
0.47As）層２が設けられている。HEMTが動作する時にこ
の層の中にチャネルが形成される。更にその上は500Å
の厚さのｎ型InAlAs（ｎ−In0.53Al0.47As）層３であ
り、上記チャネル形成のための電子を供給する領域であ
る。これ等の層はいずれもInP基板１に整合された格子
定数を有している。
その上に続く部分が厚さ1000Åのｎ型InAlGaAs（ｎ−
In0.53（AlYGa1-Y）0.47As）層４である。該層は、ｎ型
InAlAs層３に隣接するところではＹ＝１であり、該層の
上に存在する厚さ100Åのｎ型InGaAs（ｎ−In0.53Ga
0.47As）層５に隣接するところではＹ＝０であって、そ
の間でＹの値は連続的に変化している。即ち、該層はグ
レーデッド構造である。これ等の層の格子定数も整合さ
れている。
In0.53（AlYGa1-Y）0.47As）層４である。該層は、ｎ型
InAlAs層３に隣接するところではＹ＝１であり、該層の
上に存在する厚さ100Åのｎ型InGaAs（ｎ−In0.53Ga
0.47As）層５に隣接するところではＹ＝０であって、そ
の間でＹの値は連続的に変化している。即ち、該層はグ
レーデッド構造である。これ等の層の格子定数も整合さ
れている。
最上層は厚さ200Åのn++型InGaAs（n++−In0.6Ga0.4A
s）層６であり、図示されていないが、該層に金属電極
が形成される。なお、不純物濃度は３〜５のｎ層が１×
1018cm-3、６のn++層が１×1019cm-3である。
s）層６であり、図示されていないが、該層に金属電極
が形成される。なお、不純物濃度は３〜５のｎ層が１×
1018cm-3、６のn++層が１×1019cm-3である。
このような構成体のエネルギバンド図は第１図に示さ
れるものとなる。該図において、（２）の範囲はｉ−In
0.53Ga0.47As、（３）の範囲はｎ−In0.53Al0.47Asであ
る。この部分は周知のHEMTと同じであり、バンド構造が
このようになることもよく知られている。
れるものとなる。該図において、（２）の範囲はｉ−In
0.53Ga0.47As、（３）の範囲はｎ−In0.53Al0.47Asであ
る。この部分は周知のHEMTと同じであり、バンド構造が
このようになることもよく知られている。
ｎ−In0.53Al0.47Asに隣接してグレーデッド層が設け
られると、そのバンド構造は（４）の範囲に示される形
状となり、（５）の範囲のｎ−In0.53Ga0.47Asに近接す
るに従ってバンドギャップが減少する。両端の部分では
夫々隣接する領域と同一組成であり、伝導帯、価電子帯
ともに不連続構造をとることがない。
られると、そのバンド構造は（４）の範囲に示される形
状となり、（５）の範囲のｎ−In0.53Ga0.47Asに近接す
るに従ってバンドギャップが減少する。両端の部分では
夫々隣接する領域と同一組成であり、伝導帯、価電子帯
ともに不連続構造をとることがない。
（６）の範囲はn++−In0.6Ga0.4As、（７）は第２図
では省略された金属層に相当する。図に示されるよう
に、この接触部分の導電帯にはバリヤが生ずるが、その
高さは0.14eV程度であり、電子は容易にこれを通過す
る。
では省略された金属層に相当する。図に示されるよう
に、この接触部分の導電帯にはバリヤが生ずるが、その
高さは0.14eV程度であり、電子は容易にこれを通過す
る。
このように、（６）の範囲から（３）の範囲まで、伝
導帯、価電子帯のいずれにも不連続は存在せず、更に、
表面のバリヤも低いことから、本実施例のコンタクト構
造では、抵抗率は略10-8Ω・cm2といった低い値にな
る。
導帯、価電子帯のいずれにも不連続は存在せず、更に、
表面のバリヤも低いことから、本実施例のコンタクト構
造では、抵抗率は略10-8Ω・cm2といった低い値にな
る。
以上説明したように、本発明に従って形成されるコン
タクト電極はオーミックであると共に低抵抗であり、素
子の動作を阻害することがない。
タクト電極はオーミックであると共に低抵抗であり、素
子の動作を阻害することがない。
第１図は本発明実施例のエネルギバンド図、 第２図は本発明実施例の積層構造を示す模式図、 第３図は公知の構成体のエネルギバンド図、 第４図は公知の構成体の積層構造を示す模式図、 であって、 図において １はInP基板、 ２はｉ−In0.53Ga0.47As、 ３はｎ−In0.53Al0.47As、 ４はｎ−In0.53（AlYGa1-Y）0.47As、 ５はｎ−In0.53Ga0.47As、 ６はn++−In0.6Ga0.4As である。
Claims (2)
- 【請求項１】電界効果トランジスタを構成するエピタキ
シャル層の積層構造に於いて、 第１の格子定数を有し、且つ第１の禁制帯幅を有する第
１の半導体領域（３）と、 金属電流が設けられる半導体領域であって、第１の格子
定数と同じ或いは略同じ格子定数を有し、且つ第１の禁
制帯幅より小である第２の禁制帯幅を有し、更に前記電
極金属に対して形成される障壁が十分に低い第２の半導
体領域（６）との間に、 該第２の半導体領域（６）に隣接して、第１の格子定数
と同じ或いは略同じ格子定数を有し、且つ第１の禁制帯
幅より小である第３の禁制帯幅を有する第３の半導体領
域（５）が設けられ、 該第３の半導体領域（５）と前記第１の半導体領域
（３）との間に、第１の格子定数と同じ或いは略同じ格
子定数を有し、且つ禁制帯幅が前記第１の値から前記第
３の値に連続的に変化するように組成を変化させた半導
体領域（４）が設けられていることを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項２】前記第１の半導体がｎ型In0.53Al0.47Asで
あり、 前記第３の半導体がｎ型In0.53Ga0.47Asであり、 更に前記第４の半導体がｎ型In0.53（AlYGa1-Y）0.47As
であって、該Ｙの値は０から１に連続的に変化すること
を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32181687A JP2600228B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32181687A JP2600228B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01162367A JPH01162367A (ja) | 1989-06-26 |
| JP2600228B2 true JP2600228B2 (ja) | 1997-04-16 |
Family
ID=18136736
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32181687A Expired - Fee Related JP2600228B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2600228B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2914049B2 (ja) * | 1992-10-27 | 1999-06-28 | 株式会社デンソー | ヘテロ接合を有する化合物半導体基板およびそれを用いた電界効果トランジスタ |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP32181687A patent/JP2600228B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01162367A (ja) | 1989-06-26 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |