JP3313344B2 - SiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ及びその製造方法 - Google Patents
SiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ及びその製造方法Info
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- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
-
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、SiC/Siヘテ
ロ構造負性微分抵抗(negative−differ
ential−resistance:NDR)ダイオ
ード、及び特にSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
に関する。
ロ構造負性微分抵抗(negative−differ
ential−resistance:NDR)ダイオ
ード、及び特にSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
に関する。
【0002】
【従来の技術】ロジックデバイス、メモリデバイス、機
能デバイス回路への応用に加えて、N型NDRデバイス
は特定用途のスイッチとして使用されてきた。効果的な
スイッチング動作を提供するために、スイッチは、高電
流、低電圧の“オン状態”、および低電流、高電圧の
“オフ状態”という、二つの安定な作業状態を持つ必要
がある。これら二つの安定な作業状態を持つスイッチ
は、低いオフ状態の電力損、および大きいオン/オフ電
流比を持ちうる。このような性能は、低インピーダンス
のオン状態および高インピーダンスのオフ状態によって
のみ達成できる。一般的に、オン状態の低インピーダン
スおよびオフ状態の高インピーダンスの観点から、S型
NDRデバイスが半導体スイッチとして使用するのによ
り適している。しかしながら、ほとんどのS型NDRデ
バイスはPNPN多層構造であり、従ってその製造工程
は複雑で難しい。
能デバイス回路への応用に加えて、N型NDRデバイス
は特定用途のスイッチとして使用されてきた。効果的な
スイッチング動作を提供するために、スイッチは、高電
流、低電圧の“オン状態”、および低電流、高電圧の
“オフ状態”という、二つの安定な作業状態を持つ必要
がある。これら二つの安定な作業状態を持つスイッチ
は、低いオフ状態の電力損、および大きいオン/オフ電
流比を持ちうる。このような性能は、低インピーダンス
のオン状態および高インピーダンスのオフ状態によって
のみ達成できる。一般的に、オン状態の低インピーダン
スおよびオフ状態の高インピーダンスの観点から、S型
NDRデバイスが半導体スイッチとして使用するのによ
り適している。しかしながら、ほとんどのS型NDRデ
バイスはPNPN多層構造であり、従ってその製造工程
は複雑で難しい。
【0003】トンネリングダイオードおよび共鳴トンネ
リングダイオードのような多くの通常のN型NDRデバ
イスにおいて、そのオフ状態のインピーダンスは小さ
い。従ってスイッチとして作動するとき、それらは低い
オン/オフ電流比、および大きいオフ状態の電流による
オフ状態での高い電力損を生じる。このオン/オフ電流
比は、山対谷の電流比(PVCR)によって決定され、
これは多くの通常のN型NDRデバイスにおいて高くな
い。それゆえに,通常のN型NDRデバイスがスイッチ
として使用される場合、そのスイッチング動作は明白で
ない。加えて、スイッチのバイアスとロードの選択が広
い範囲で制限される。例えばδ−ドーピング層、二重量
子井戸、トンネリングデバイスおよび集積トランジスタ
等のPVCRを増強するために、いくつかのN型NDR
デバイスが改造され、より複雑な構造を持つようになっ
た。しかしながら、これらの改造構造は、より洗練され
た製造技術を必要とし、そのため製造の困難さが増加し
た。
リングダイオードのような多くの通常のN型NDRデバ
イスにおいて、そのオフ状態のインピーダンスは小さ
い。従ってスイッチとして作動するとき、それらは低い
オン/オフ電流比、および大きいオフ状態の電流による
オフ状態での高い電力損を生じる。このオン/オフ電流
比は、山対谷の電流比(PVCR)によって決定され、
これは多くの通常のN型NDRデバイスにおいて高くな
い。それゆえに,通常のN型NDRデバイスがスイッチ
として使用される場合、そのスイッチング動作は明白で
ない。加えて、スイッチのバイアスとロードの選択が広
い範囲で制限される。例えばδ−ドーピング層、二重量
子井戸、トンネリングデバイスおよび集積トランジスタ
等のPVCRを増強するために、いくつかのN型NDR
デバイスが改造され、より複雑な構造を持つようになっ
た。しかしながら、これらの改造構造は、より洗練され
た製造技術を必要とし、そのため製造の困難さが増加し
た。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
は、製造が容易な簡単な構造、およびS型NDR半導体
スイッチと同様の優れたスイッチ性能を持つ、N型ND
R半導体スイッチを提供することである。より特別に
は、本発明のN型NDR半導体スイッチは、先行技術の
以下の不利益: 1.通常のN型NDR半導体スイッチの、高いオフ状態
の電力損、および低いオン/オフ電流比; 2.通常のN型NDR半導体スイッチおよび通常のS型
NDR半導体スイッチの複雑な構造、ならびにそれらの
難しい製造工程;および、 3.通常のN型NDR半導体スイッチの相対的に高い値
段、およびそのIII−V族構造より生じるシリコン集積
回路の製造工程との不適合、ならびに高温(>100
℃)で稼働できない問題を防ぎうる。
は、製造が容易な簡単な構造、およびS型NDR半導体
スイッチと同様の優れたスイッチ性能を持つ、N型ND
R半導体スイッチを提供することである。より特別に
は、本発明のN型NDR半導体スイッチは、先行技術の
以下の不利益: 1.通常のN型NDR半導体スイッチの、高いオフ状態
の電力損、および低いオン/オフ電流比; 2.通常のN型NDR半導体スイッチおよび通常のS型
NDR半導体スイッチの複雑な構造、ならびにそれらの
難しい製造工程;および、 3.通常のN型NDR半導体スイッチの相対的に高い値
段、およびそのIII−V族構造より生じるシリコン集積
回路の製造工程との不適合、ならびに高温(>100
℃)で稼働できない問題を防ぎうる。
【0005】
【課題を解決するための手段】従って前記目的は、本発
明による、n型不純物でドープされた単結晶シリコン
層、p型不純物でドープされた炭化シリコン層、および
前記シリコン層と前記炭化シリコン層との間に存在する
勾配組成物層を含み、前記勾配組成物層は、シリコンお
よび炭素を含み、シリコン基板からの距離が増加するに
従ってシリコン/炭素のモル比が減少するものであり、
かつ0.2〜0.3μmの厚さを持つことを特徴とす
る、N型NDRSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
デバイスによって達成される。
明による、n型不純物でドープされた単結晶シリコン
層、p型不純物でドープされた炭化シリコン層、および
前記シリコン層と前記炭化シリコン層との間に存在する
勾配組成物層を含み、前記勾配組成物層は、シリコンお
よび炭素を含み、シリコン基板からの距離が増加するに
従ってシリコン/炭素のモル比が減少するものであり、
かつ0.2〜0.3μmの厚さを持つことを特徴とす
る、N型NDRSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
デバイスによって達成される。
【0006】
【0007】さらに本発明は、前記シリコン層表面の、
前記勾配組成物層と反対側であって前記勾配組成物層と
隔たった面上に形成された第1電極、および前記炭化シ
リコン層の表面の、前記勾配組成物層と反対側であって
前記勾配組成物層と隔たった面上に形成された第2電極
をさらに含む、前記半導体スイッチデバイスである。
前記勾配組成物層と反対側であって前記勾配組成物層と
隔たった面上に形成された第1電極、および前記炭化シ
リコン層の表面の、前記勾配組成物層と反対側であって
前記勾配組成物層と隔たった面上に形成された第2電極
をさらに含む、前記半導体スイッチデバイスである。
【0008】
【0009】さらに本発明は、前記炭化シリコン層は
0.5〜0.7μmの厚さを持つ、前記半導体スイッチ
デバイスである。
0.5〜0.7μmの厚さを持つ、前記半導体スイッチ
デバイスである。
【0010】さらに本発明は、前記第1電極はアルミニ
ウムからなるものである、前記半導体スイッチデバイス
である。さらに本発明は、前記第2電極はアルミニウム
からなるものである、前記半導体スイッチデバイスであ
る。
ウムからなるものである、前記半導体スイッチデバイス
である。さらに本発明は、前記第2電極はアルミニウム
からなるものである、前記半導体スイッチデバイスであ
る。
【0011】さらに本発明は、 a)n型不純物でドープされた単結晶シリコン基板上の
天然酸化物を除去する段階と; b)反応チャンバ内で、前記段階a)で得られたシリコ
ン基板の表面に化学蒸着により勾配組成物層を形成する
段階と、前記勾配組成物層は、シリコンおよび炭素を含
み、シリコン基板からの距離が増加するに従ってシリコ
ン/炭素のモル比が減少するものであり、かつ0.2〜
0.3μmの厚さに形成されるものであり; c)前記勾配組成物層上に、p型不純物でドープされた
炭化シリコン層を形成する段階とを含み、前記段階b)
は、一定流量のシランガスを前記反応チャンバへ注入
し、化学蒸着の間中、反応チャンバへ徐々に流量を増加
しながらアルカンガスを導入するものであり、前記アル
カンガスの流量は化学蒸着が始まるときにはゼロであ
る、N型NDRSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
デバイスの製造方法である。
天然酸化物を除去する段階と; b)反応チャンバ内で、前記段階a)で得られたシリコ
ン基板の表面に化学蒸着により勾配組成物層を形成する
段階と、前記勾配組成物層は、シリコンおよび炭素を含
み、シリコン基板からの距離が増加するに従ってシリコ
ン/炭素のモル比が減少するものであり、かつ0.2〜
0.3μmの厚さに形成されるものであり; c)前記勾配組成物層上に、p型不純物でドープされた
炭化シリコン層を形成する段階とを含み、前記段階b)
は、一定流量のシランガスを前記反応チャンバへ注入
し、化学蒸着の間中、反応チャンバへ徐々に流量を増加
しながらアルカンガスを導入するものであり、前記アル
カンガスの流量は化学蒸着が始まるときにはゼロであ
る、N型NDRSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
デバイスの製造方法である。
【0012】
【0013】さらに本発明は、前記段階a)の前に、前
記n型不純物でドープされた前記単結晶シリコン基板を
洗浄する段階をさらに含む、前記方法である。
記n型不純物でドープされた前記単結晶シリコン基板を
洗浄する段階をさらに含む、前記方法である。
【0014】さらに本発明は、前記段階a)において、
前記n型不純物でドープされた前記単結晶シリコン基板
を、前記天然酸化物を除去するために、一定時間、33
2.5Paかつ900℃の、塩化水素ガスおよび水素ガ
スの混合物中に置くものである、前記方法である。
前記n型不純物でドープされた前記単結晶シリコン基板
を、前記天然酸化物を除去するために、一定時間、33
2.5Paかつ900℃の、塩化水素ガスおよび水素ガ
スの混合物中に置くものである、前記方法である。
【0015】さらに本発明は、前記段階b)において、
前記シランガスはモノシランガスであり、前記アルカン
ガスはプロパンガスである、前記方法である。
前記シランガスはモノシランガスであり、前記アルカン
ガスはプロパンガスである、前記方法である。
【0016】さらに本発明は、前記段階b)の化学蒸着
の間中、前記モノシランガスは12sccmで反応チャ
ンバへ注入され、前記プロパンガスは0から10scc
mへ徐々に変化する流量で反応チャンバへ注入され、前
記反応チャンバは、追加の水素ガス流を反応チャンバへ
注入しながら1200℃、332.5Paに保たれる、
前記方法である。
の間中、前記モノシランガスは12sccmで反応チャ
ンバへ注入され、前記プロパンガスは0から10scc
mへ徐々に変化する流量で反応チャンバへ注入され、前
記反応チャンバは、追加の水素ガス流を反応チャンバへ
注入しながら1200℃、332.5Paに保たれる、
前記方法である。
【0017】さらに本発明は、前記段階c)において、
1200℃、332.5Paに保たれ、プロパンガス
流、ジボランガス流、モノシランガス流、および水素ガ
ス流がそれぞれ10sccm、12sccm、12sc
cm、および1.2l/分の流量で反応チャンバへ注入
された反応チャンバ内で、前記p型不純物でドープした
前記炭化シリコン層を前記勾配組成物層上に形成する、
前記方法である。
1200℃、332.5Paに保たれ、プロパンガス
流、ジボランガス流、モノシランガス流、および水素ガ
ス流がそれぞれ10sccm、12sccm、12sc
cm、および1.2l/分の流量で反応チャンバへ注入
された反応チャンバ内で、前記p型不純物でドープした
前記炭化シリコン層を前記勾配組成物層上に形成する、
前記方法である。
【0018】さらに本発明は、前記シリコン基板表面
の、前記勾配組成物層と反対側であって前記勾配組成物
層と隔たった面上に、第1電極を形成する段階;および
前記シリコン基板表面の、前記勾配組成物層と反対側で
あって前記勾配組成物層と隔たった面上に、第2電極を
形成する段階を、前記段階c)の後にさらに含む、前記
方法である。
の、前記勾配組成物層と反対側であって前記勾配組成物
層と隔たった面上に、第1電極を形成する段階;および
前記シリコン基板表面の、前記勾配組成物層と反対側で
あって前記勾配組成物層と隔たった面上に、第2電極を
形成する段階を、前記段階c)の後にさらに含む、前記
方法である。
【0019】
【0020】
【発明の実施の形態】本発明は、通常のN型NDRデバ
イスではみられない低インピーダンス領域、NDR領
域、および高インピーダンス領域を含む、特定の電流−
電圧(I−V)特性を持つSiC/Siヘテロ構造N型
NDRデバイスから形成した新規の半導体スイッチを開
示する。従って本発明による半導体スイッチは、適切な
バイアスおよびロードが該半導体スイッチに適用される
と、高いオン/オフ状態の電流比の二つの安定な作業状
態を持つことができるので、より効果的なスイッチング
動作が得られる。さらに本発明による半導体スイッチ
は、例えば高電流、低電圧のオン状態のようなオン状態
の低いインピーダンス、および例えば低電流、高電圧の
オフ状態のようなオフ状態の高インピーダンスを持ち、
そのため通常のN型NDRスイッチと比べて、オフ状態
において電力損がより低い。
イスではみられない低インピーダンス領域、NDR領
域、および高インピーダンス領域を含む、特定の電流−
電圧(I−V)特性を持つSiC/Siヘテロ構造N型
NDRデバイスから形成した新規の半導体スイッチを開
示する。従って本発明による半導体スイッチは、適切な
バイアスおよびロードが該半導体スイッチに適用される
と、高いオン/オフ状態の電流比の二つの安定な作業状
態を持つことができるので、より効果的なスイッチング
動作が得られる。さらに本発明による半導体スイッチ
は、例えば高電流、低電圧のオン状態のようなオン状態
の低いインピーダンス、および例えば低電流、高電圧の
オフ状態のようなオフ状態の高インピーダンスを持ち、
そのため通常のN型NDRスイッチと比べて、オフ状態
において電力損がより低い。
【0021】本発明のSiC/Siヘテロ構造N型ND
Rデバイスは、主に勾配組成物をシリコン基板上に積層
することで容易に形成できる。さらにその上、本発明の
SiC/Siヘテロ構造N型NDRスイッチは、主とし
て高いエネルギーギャップのSiC材料で構成されてお
り、そのNDRは試験の結果、300℃までの温度で得
られ、これは開発した半導体スイッチが、高温での適用
の可能性を持つことを示している。
Rデバイスは、主に勾配組成物をシリコン基板上に積層
することで容易に形成できる。さらにその上、本発明の
SiC/Siヘテロ構造N型NDRスイッチは、主とし
て高いエネルギーギャップのSiC材料で構成されてお
り、そのNDRは試験の結果、300℃までの温度で得
られ、これは開発した半導体スイッチが、高温での適用
の可能性を持つことを示している。
【0022】
【実施例】以下、本発明の実施例により具体的に説明す
る。
る。
【0023】本発明の好ましい実施形態の一つによる、
SiC/Siヘテロ構造N型NDRスイッチは、以下の
段階によって製造された。
SiC/Siヘテロ構造N型NDRスイッチは、以下の
段階によって製造された。
【0024】1. 0.08オームcm(キャリア濃度
は約1017cm-3)の平均抵抗値を持つA(111)n
型シリコン基板を、標準的な洗浄方法で洗浄してからR
TCVDシステムの反応チャンバ内へ置いた。該反応チ
ャンバは1.33×10-4Paで減圧され、次いで90
0℃に加熱された後、連続的に塩化水素ガス(10sc
cm)および水素ガス(1.2l/分)を10分間注入
し、それによりシリコン基板上の天然酸化物を除去し
た。このとき反応チャンバの圧力は332.5Paに維
持されていた。続いて該反応チャンバは室温に冷却さ
れ、次に1.33×10-4Paで減圧された。
は約1017cm-3)の平均抵抗値を持つA(111)n
型シリコン基板を、標準的な洗浄方法で洗浄してからR
TCVDシステムの反応チャンバ内へ置いた。該反応チ
ャンバは1.33×10-4Paで減圧され、次いで90
0℃に加熱された後、連続的に塩化水素ガス(10sc
cm)および水素ガス(1.2l/分)を10分間注入
し、それによりシリコン基板上の天然酸化物を除去し
た。このとき反応チャンバの圧力は332.5Paに維
持されていた。続いて該反応チャンバは室温に冷却さ
れ、次に1.33×10-4Paで減圧された。
【0025】2. 反応チャンバを1200℃まで加熱
しながら(25℃/分)、モノシランガス(12scc
m)および水素ガス(1.2l/分)を連続的に反応チ
ャンバへ注入した。次にプロパンガスを、5分で0から
10sccmへ徐々に増加する流量で反応チャンバへ供
給し、約0.225μmの厚さを持つ勾配組成物層(G
CL)を積層した。このとき反応チャンバの圧力は、自
動圧力コントローラー(APC)により約332.5P
aに維持された。
しながら(25℃/分)、モノシランガス(12scc
m)および水素ガス(1.2l/分)を連続的に反応チ
ャンバへ注入した。次にプロパンガスを、5分で0から
10sccmへ徐々に増加する流量で反応チャンバへ供
給し、約0.225μmの厚さを持つ勾配組成物層(G
CL)を積層した。このとき反応チャンバの圧力は、自
動圧力コントローラー(APC)により約332.5P
aに維持された。
【0026】3. 約0.55μmの厚さを持つp型炭
化シリコン(p−SiC)層を:プロパンガス10sc
cm、ジボランガス12sccm、モノシランガス12
sccm、水素ガス1.2l/分、332.5Pa、1
200℃、および成長時間10分の条件下で成長させ
た。
化シリコン(p−SiC)層を:プロパンガス10sc
cm、ジボランガス12sccm、モノシランガス12
sccm、水素ガス1.2l/分、332.5Pa、1
200℃、および成長時間10分の条件下で成長させ
た。
【0027】4. 9.1mm2の面積を持つp−Si
C上にAlを蒸着し、700℃で30秒間アニールし
て、オーミックコンタクトを形成した。
C上にAlを蒸着し、700℃で30秒間アニールし
て、オーミックコンタクトを形成した。
【0028】5. 最後に、n−シリコン基板の裏面上
にもAlを蒸着し、電極コンタクトを形成した。
にもAlを蒸着し、電極コンタクトを形成した。
【0029】上記の段階によって製造されたSiC/S
iヘテロ構造N型NDRスイッチは、図1に示したよう
に、上部から下部にかけてAl/p−SiC/GCL/
n−Si/Al層を含み、GCL(勾配組成物層)が、
p−SiC(p型炭化シリコン)層とn−Si(n型シ
リコン)基板との間の緩衝層となる。
iヘテロ構造N型NDRスイッチは、図1に示したよう
に、上部から下部にかけてAl/p−SiC/GCL/
n−Si/Al層を含み、GCL(勾配組成物層)が、
p−SiC(p型炭化シリコン)層とn−Si(n型シ
リコン)基板との間の緩衝層となる。
【0030】図2で示したように、理想的なN型NDR
スイッチは、通常のN型NDRスイッチの低インピーダ
ンスのオフ状態、オフ状態の高い電力損、および低いオ
ン/オフ電流比という欠点を改善するために、高インピ
ーダンスオフ状態をもつ必要がある(S.ワング(S.
Wang)、“高速半導体デバイス”ニューヨーク:ウ
ィレイ(Wiley)、1990年)。
スイッチは、通常のN型NDRスイッチの低インピーダ
ンスのオフ状態、オフ状態の高い電力損、および低いオ
ン/オフ電流比という欠点を改善するために、高インピ
ーダンスオフ状態をもつ必要がある(S.ワング(S.
Wang)、“高速半導体デバイス”ニューヨーク:ウ
ィレイ(Wiley)、1990年)。
【0031】図3(a)、および(b)は、本発明によ
るN型NDRスイッチの、室温、逆バイアス条件下での
I−Vの特性曲線および片対数曲線を示す。図3(a)
より、本発明によるN型NDRスイッチが、図2で示し
た理想的なN型NDRスイッチと類似した明白なN型N
DRを持つことがわかる。ここでピーク電圧(Vp)は
3.4V、およびピーク電流(Ip)は1.1mA;谷
電圧(Vv)は3.6V、および谷電流(Iv)は3.3
μA;および山対谷の電流比(PVCR)は330であ
った。図3(b)に示したように、高インピーダンス谷
領域の電圧増量は約15.6Vであり,この大きい電圧
増量は、効果的なスイッチのためのバイアスの選択の柔
軟性をかなり増加する。加えて、高インピーダンス領域
の抵抗値、および図3(b)より計算された、室温(2
7℃)における本発明によるN型NDRスイッチの低イ
ンピーダンス領域の抵抗値は、それぞれ275kΩおよ
び3kΩであり、前者は後者の約100である。それゆ
えに、適切なバイアスおよびロードによって、高いオン
/オフ電流比を持つ二つの安定した作業状態を得ること
ができ、効果的なスイッチ動作を実行することができ
る。
るN型NDRスイッチの、室温、逆バイアス条件下での
I−Vの特性曲線および片対数曲線を示す。図3(a)
より、本発明によるN型NDRスイッチが、図2で示し
た理想的なN型NDRスイッチと類似した明白なN型N
DRを持つことがわかる。ここでピーク電圧(Vp)は
3.4V、およびピーク電流(Ip)は1.1mA;谷
電圧(Vv)は3.6V、および谷電流(Iv)は3.3
μA;および山対谷の電流比(PVCR)は330であ
った。図3(b)に示したように、高インピーダンス谷
領域の電圧増量は約15.6Vであり,この大きい電圧
増量は、効果的なスイッチのためのバイアスの選択の柔
軟性をかなり増加する。加えて、高インピーダンス領域
の抵抗値、および図3(b)より計算された、室温(2
7℃)における本発明によるN型NDRスイッチの低イ
ンピーダンス領域の抵抗値は、それぞれ275kΩおよ
び3kΩであり、前者は後者の約100である。それゆ
えに、適切なバイアスおよびロードによって、高いオン
/オフ電流比を持つ二つの安定した作業状態を得ること
ができ、効果的なスイッチ動作を実行することができ
る。
【0032】本発明によるN型NDRスイッチは、30
0℃までの温度でも得ることができ、この新規N型ND
Rスイッチは図4に示したように高温での適用の可能性
を持つことを示している。
0℃までの温度でも得ることができ、この新規N型ND
Rスイッチは図4に示したように高温での適用の可能性
を持つことを示している。
【0033】
【発明の効果】結果的に、本発明のSiC/Siヘテロ
構造N型NDRスイッチは以下の利点をもつ。
構造N型NDRスイッチは以下の利点をもつ。
【0034】1. オフ状態での低い電力損、および高
いオン/オフ電流比。
いオン/オフ電流比。
【0035】2. 該NDRスイッチは300℃までの
温度で得ることができ、高温での応用に適している。
温度で得ることができ、高温での応用に適している。
【0036】3. 本発明のSiC/Siヘテロ構造N
型NDRスイッチの構造は非常に単純で、そのため通常
のNDRスイッチに比べて製造が格段に容易である。
型NDRスイッチの構造は非常に単純で、そのため通常
のNDRスイッチに比べて製造が格段に容易である。
【0037】4. 本発明のSiC/Siヘテロ構造N
型NDRスイッチのI−V特性における谷領域は、大き
な電圧増量を得ており、これはデバイスのバイアシング
における柔軟性を増している。
型NDRスイッチのI−V特性における谷領域は、大き
な電圧増量を得ており、これはデバイスのバイアシング
における柔軟性を増している。
【0038】5. 本発明のSiC/Siヘテロ構造N
型NDRスイッチの典型的な山対谷の電流比は、極めて
大きい(約337)。従って容易に高いオン/オフ電流
比を得ることができる。
型NDRスイッチの典型的な山対谷の電流比は、極めて
大きい(約337)。従って容易に高いオン/オフ電流
比を得ることができる。
【0039】6. 本発明のSiC/Siヘテロ構造N
型NDRスイッチは高いピーク電流を持ち、それゆえに
高い電流駆動容量を持つ。
型NDRスイッチは高いピーク電流を持ち、それゆえに
高い電流駆動容量を持つ。
【0040】7. 本発明のSiC/Siヘテロ構造N
型NDRスイッチはシリコン基板上で製造されるため、
シリコンICプロセスと両立でき、アプリケーション−
特定用途向け集積回路(ASIC)への応用に適するこ
とが期待でき、また、例えばアモルファスシリコンなど
の異なるタイプの材料と結合させて集積光電子スイッチ
を製造することができる。
型NDRスイッチはシリコン基板上で製造されるため、
シリコンICプロセスと両立でき、アプリケーション−
特定用途向け集積回路(ASIC)への応用に適するこ
とが期待でき、また、例えばアモルファスシリコンなど
の異なるタイプの材料と結合させて集積光電子スイッチ
を製造することができる。
【図1】本発明の好ましい実施形態の一つによる、Al
/p−SiC/GCL/n−Si/Alヘテロ構造N型
NDR半導体スイッチの模式的な断面図を示す。
/p−SiC/GCL/n−Si/Alヘテロ構造N型
NDR半導体スイッチの模式的な断面図を示す。
【図2】理想的なN型NDRを持つ効果的なスイッチン
グデバイスと通常のN型NDRデバイスとの間の、オン
/オフ状態の比較を示すI−V特性のプロットである。
ここで破線(−−−−)および点線(・・・・)は、そ
れぞれ理想的なN型NDRおよび通常のN型NDRデバ
イスの前記I−V特性を表しており、実線はロードライ
ンである。
グデバイスと通常のN型NDRデバイスとの間の、オン
/オフ状態の比較を示すI−V特性のプロットである。
ここで破線(−−−−)および点線(・・・・)は、そ
れぞれ理想的なN型NDRおよび通常のN型NDRデバ
イスの前記I−V特性を表しており、実線はロードライ
ンである。
【図3】(a)本発明の好ましい実施例による、SiC
/Siヘテロ構造N型NDRスイッチのI−V特性曲線
を示す。 (b)図3(a)で示したSiC/Siヘテロ構造N型
NDRスイッチの、I−V特性曲線の片対数を示す。
/Siヘテロ構造N型NDRスイッチのI−V特性曲線
を示す。 (b)図3(a)で示したSiC/Siヘテロ構造N型
NDRスイッチの、I−V特性曲線の片対数を示す。
【図4】27℃、100℃、200℃、および300℃
の異なる温度で測定した、図3(a)で示したSiC/
Siヘテロ構造N型NDRスイッチのI−V特性曲線を
示す。
の異なる温度で測定した、図3(a)で示したSiC/
Siヘテロ構造N型NDRスイッチのI−V特性曲線を
示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−102497(JP,A) 特開 平7−176541(JP,A) 特開 平2−267197(JP,A) 特開 平5−136111(JP,A) 古川静二郎,雨宮好人,シリコン系ヘ テロデバイス,日本,丸善株式会社, 1991年 7月30日,15頁 日本学術振興会薄膜第131委員会,薄 膜ハンドブック,日本,株式会社オーム 社,1983年12月10日,第1版,211頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/86 H01L 29/165
Claims (12)
- 【請求項1】 n型不純物でドープされた単結晶シリコ
ン層、p型不純物でドープされた炭化シリコン層、およ
び前記シリコン層と前記炭化シリコン層との間に存在す
る勾配組成物層を含み、前記勾配組成物層は、シリコン
および炭素を含み、シリコン基板からの距離が増加する
に従ってシリコン/炭素のモル比が減少するものであ
り、かつ0.2〜0.3μmの厚さを持つことを特徴と
する、N型NDRSiC/Siヘテロ構造半導体スイッ
チデバイス。 - 【請求項2】 前記シリコン層表面の、前記勾配組成物
層と反対側であって前記勾配組成物層と隔たった面上に
形成された第1電極、および前記炭化シリコン層の表面
の、前記勾配組成物層と反対側であって前記勾配組成物
層と隔たった面上に形成された第2電極をさらに含む、
請求項1に記載の半導体スイッチデバイス。 - 【請求項3】 前記炭化シリコン層は0.5〜0.7μ
mの厚さを持つ、請求項1または2に記載の半導体スイ
ッチデバイス。 - 【請求項4】 前記第1電極はアルミニウムからなるも
のである、請求項2または3に記載の半導体スイッチデ
バイス 。 - 【請求項5】 前記第2電極はアルミニウムからなるも
のである、請求項2〜4のいずれか一項に記載の半導体
スイッチデバイス 。 - 【請求項6】a)n型不純物でドープされた単結晶シリ
コン基板上の天然酸化物を除去する段階と; b)反応チャンバ内で、前記段階a)で得られたシリコ
ン基板の表面に化学蒸着により勾配組成物層を形成する
段階と、前記勾配組成物層は、シリコンおよび炭素を含
み、シリコン基板からの距離が増加するに従ってシリコ
ン/炭素のモル比が減少するものであり、かつ0.2〜
0.3μmの厚さに形成されるものであり; c)前記勾配組成物層上に、p型不純物でドープされた
炭化シリコン層を形成する段階とを含み、前記段階b)
は、一定流量のシランガスを前記反応チャンバへ注入
し、化学蒸着の間中、反応チャンバへ徐々に流量を増加
しながらアルカンガスを導入するものであり、前記アル
カンガスの流量は化学蒸着が始まるときにはゼロであ
る、N型NDRSiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ
デバイスの製造方法。 - 【請求項7】 前記段階a)の前に、前記n型不純物で
ドープされた前記単結晶シリコン基板を洗浄する段階を
さらに含む、請求項6に記載の方法。 - 【請求項8】 前記段階a)において、前記n型不純物
でドープされた前記単結晶シリコン基板を、前記天然酸
化物を除去するために、一定時間、332.5Paかつ
900℃の、塩化水素ガスおよび水素ガスの混合物中に
置くものである、請求項6または7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記段階b)において、前記シランガス
はモノシランガスであり、前記アルカンガスはプロパン
ガスである、請求項6〜8のいずれか一項に記載の方
法。 - 【請求項10】 前記段階b)の化学蒸着の間中、前記
モノシランガスは12sccmで反応チャンバへ注入さ
れ、前記プロパンガスは0から10sccmへ徐々に変
化する流量で反応チャンバへ注入され、前記反応チャン
バは、追加の水素ガス流を反応チャンバへ注入しながら
1200℃、332.5Paに保たれる、請求項9に記
載の方法。 - 【請求項11】 前記段階c)において、1200℃、
332.5Paに保たれ、プロパンガス流、ジボランガ
ス流、モノシランガス流、および水素ガス流がそれぞれ
10sccm、12sccm、12sccm、および
1.2l/分の流量で反応チャンバへ注入された反応チ
ャンバ内で、前記p型不純物でドープした前記炭化シリ
コン層を前記勾配組成物層上に形成する、請求項6〜1
0のいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項12】 前記シリコン基板表面の、前記勾配組
成物層と反対側であって前記勾配組成物層と隔たった面
上に、第1電極を形成する段階;および前記シリコン基
板表面の、前記勾配組成物層と反対側であって前記勾配
組成物層と隔たった面上に、第2電極を形成する段階
を、前記段階c)の後にさらに含む、請求項6〜11の
いずれか一項に記載の方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/119,998 US6271544B1 (en) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | SiC/Si heterostructure semiconductor switch and fabrication thereof |
JP30402799A JP3313344B2 (ja) | 1998-07-21 | 1999-10-26 | SiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US09/119,998 US6271544B1 (en) | 1998-07-21 | 1998-07-21 | SiC/Si heterostructure semiconductor switch and fabrication thereof |
JP30402799A JP3313344B2 (ja) | 1998-07-21 | 1999-10-26 | SiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ及びその製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001127309A JP2001127309A (ja) | 2001-05-11 |
JP3313344B2 true JP3313344B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=26563751
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30402799A Expired - Fee Related JP3313344B2 (ja) | 1998-07-21 | 1999-10-26 | SiC/Siヘテロ構造半導体スイッチ及びその製造方法 |
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Country | Link |
---|---|
US (1) | US6271544B1 (ja) |
JP (1) | JP3313344B2 (ja) |
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JP4907121B2 (ja) | 2005-07-28 | 2012-03-28 | 昭和電工株式会社 | 発光ダイオード及び発光ダイオードランプ |
JP2009135290A (ja) * | 2007-11-30 | 2009-06-18 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体メモリ装置 |
US8525146B2 (en) | 2010-12-06 | 2013-09-03 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Electrical circuit component |
US11309389B2 (en) * | 2012-11-30 | 2022-04-19 | Lx Semicon Co., Ltd. | Epitaxial wafer and switch element and light-emitting element using same |
CN114361274B (zh) * | 2022-01-07 | 2024-04-16 | 上海交通大学 | 基于组分渐变硅碳应变层的硅基半导体光电材料与制备 |
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---|---|---|---|---|
US5670414A (en) * | 1996-02-06 | 1997-09-23 | National Science Council | Graded-gap process for growing a SiC/Si heterojunction structure |
TW396628B (en) * | 1997-09-04 | 2000-07-01 | Nat Science Council | Structure and process for SiC single crystal/Si single crystal hetero-junction negative differential resistance |
-
1998
- 1998-07-21 US US09/119,998 patent/US6271544B1/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-10-26 JP JP30402799A patent/JP3313344B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Title |
---|
古川静二郎,雨宮好人,シリコン系ヘテロデバイス,日本,丸善株式会社,1991年 7月30日,15頁 |
日本学術振興会薄膜第131委員会,薄膜ハンドブック,日本,株式会社オーム社,1983年12月10日,第1版,211頁 |
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Publication number | Publication date |
---|---|
US6271544B1 (en) | 2001-08-07 |
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