Инверсионная эпитаксиальная структура для полевых транзисторов

Полезная модель относится к полупроводниковым приборам, а именно к эпитаксиальным структурам для полевых транзисторов. Инверсионная эпитаксиальная структура для полевых транзисторов содержит подложку и последовательно расположенные на ней буферный слой, слой, легированный акцепторной примесью, промежуточный нелегированный слой, слой, легированный донорной примесью, нелегированный слой спейсера и нелегированный слой канала. Слой канала выполнен из узкозонного полупроводника, а остальные слои - из широкозонного. Полезная модель позволяет снизить утечки электронов из канала. 3 з.п. ф-лы, 2 илл.

Полезная модель относится к полупроводниковым приборам, а именно к эпитаксиальным структурам для полевых транзисторов.

Известна структура для интегральных схем, содержащая субмикронный буферный слой, расположенный между подложкой и субмикронным слоем арсенида галлия n - типа проводимости. Буферный слой выполнен в виде последовательности чередующихся слоев арсенида галлия одного типа проводимости и дельта-легированного слоя противоположного типа проводимости, причем величина поверхностной концентрации легирующей примеси каждого дельта-легированного слоя выбирается равной величине поверхностной концентрации легирующей примеси в слое с другим типом проводимости (см. патент RU 2025832, Кл. H01L 29/06, опубл. 30.12.1994).

При таком соотношении уровней легирования обеспечивается условие взаимной компенсации донорной и акцепторной примесей в слоях, образующих буферный слой. Формирование потенциального барьера в буферном слое для электронов, находящихся в субмикронном слое арсенида галлия n-типа проводимости, происходит на всей толщине буферного слоя. При этом по всей толщине буферного слоя происходит подъем дна зоны проводимости от его положения в субмикронном слое арсенида галлия n-типа проводимости, до его положения в подложке, выполненной из полуизолирующего арсенида галлия.

Полевые транзисторы, входящие в состав ряда интегральных схем, работают в условиях сильного термо-полевого разогрева электронов, приводящего к увеличению энергии электронов, находящихся в канале транзистора, на величину, превосходящую 0.3-0.5 эВ. При таких условиях работы в известной структуре электроны из канала транзистора проникают в буферный слой, что приводит к усилению паразитного управления по подложке и снижению подвижности электронов. Таким образом, недостатками известной структуры являются малая подвижность электронов и возможность усиления паразитного управления по подложке, приводящие к ухудшению параметров мощных полевых транзисторов на ее основе.

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в снижении утечки электронов из канала. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что инверсионная эпитаксиальная структура для полевых транзисторов содержит подложку и последовательно расположенные на ней буферный слой, слой, легированный акцепторной примесью, промежуточный нелегированный слой, слой, легированный донорной примесью, нелегированный слой спейсера и нелегированный слой канала, причем слой канала выполнен из узкозонного полупроводника, а остальные слои - из широкозонного. Легирование слоев акцепторной и донорной примесями предпочтительно выполнено в виде дельта-легирования. Уровни легирования при этом целесообразно подобрать так, чтобы величина поверхностной концентрации донорной примеси N_SD превышала сумму величин поверхностной концентрации акцепторной примеси N_SA и плотности отрицательно заряженных поверхностных состояний N_SS на величину поверхностной плотности электронов n_S, которую необходимо обеспечить в слое канала транзистора, т.е. N_SD=N_SA+N _SS+n_S. Толщина промежуточного нелегированного слоя предпочтительно выбрана таким образом, чтобы обеспечить в нем изменение положения дна зоны проводимости на величину от 0.3E_g до 0.9E_g, где Eg - ширина запрещенной зоны широкозонного полупроводника.

На фиг.1 представлена предлагаемая эпитаксиальная структура;

на фиг.2 - зонная диаграмма для нее, где E_C, E_V, E_F - соответственно, положения дна зоны проводимости, потолка валентной зоны и уровня Ферми после образования гетероперехода.

Эпитаксиальная структура для полевых транзисторов состоит из подложки и последовательно расположенных на ней буферного слоя 1, слоя 2, дельта-легированного акцепторной примесью (p-слой), промежуточного нелегированного слоя 3, слоя 4, дельта-легированного донорной примесью (n-слой), нелегированного слоя спейсера 5 и нелегированного слоя канала 6. Слои 1-5 выполнены из широкозонного полупроводника, а слой 6 - из узкозонного.

Предлагаемую структуру изготавливают следующим образом.

В процессе выращивания на полуизолирующей подложке формируют слои широкозонных полупроводников (1÷5), например, из AlGaAs, модуляционно легированных основными легирующими примесями донорного и акцепторного типов. При модуляционном легировании слои широкозонных полупроводников 1, 3 и 5 не легируются, а слои 2 и 4 дельта-легируются акцепторной и донорной примесями, соответственно. Слой канала 6 выполняется из нелегированного узкозонного полупроводника, например, из InGaAs.

При формировании структуры проводят избыточное легирование слоя 4 донорной примесью так, чтобы выполнялось условие N_SD =N_SA+N_SS+n_S, где N_SD - поверхностная концентрация донорной примеси в слое 4, N _SA -поверхностная концентрация акцепторной примеси в слое 2, N_SS - плотность отрицательно заряженных поверхностных состояний, n_S - поверхностная плотность электронов, которую необходимо обеспечить в слое канала 6.

Толщину слоя 3 d₃ выбирают такой, чтобы в этом слое формировался потенциальный барьер, высота которого _в удовлетворяет условию

( - относительная диэлектрическая проницаемость слоев широкозонного полупроводника, ₀ - диэлектрическая проницаемость вакуума, q - заряд электрона).

Оптимальный диапазон изменения дна зоны проводимости от 0.3 до 0.9 E_g установлен экспериментально.

Преимущества предлагаемой структуры обусловлены формированием гетероперехода, зонная диаграмма которого изображена на фиг.2. Диаграмма рассчитана для структуры на основе соединений ₅As-при следующих параметрах: N_SD =14·10¹² см^-2, N_SA=10·10 ¹² см^-2, N_SS=4.4·10¹¹ см^-2, d₃=70 Å. На фиг.2 представлены безразмерные зависимости величин энергий от безразмерной координаты, величины энергий и координаты нормированы, соответственно, по величинам 0.025 эВ и 5 А. При проведении расчетов толщина слоя спейсера 5 была выбрана равной 30 Å.

Из результата, представленного на фиг.2, хорошо видно, что благодаря формированию слоев 2 и 4, в слое 3 формируется высокий потенциальный барьер для электронов, которые находятся в слое канала 6. Этот потенциальный барьер обеспечивает локализацию электронов в слое канала и подавление их проникновения в буферный слой 1 даже в условиях сильного термо-полевого разогрева. Тем самым подавляется паразитное управление по подложке и увеличивается подвижность электронов. Эффект увеличения подвижности электронов в слое канала также усиливается тем, что слой канала не легируется. Использование предлагаемой эпитаксиальной структуры в мощных полевых транзисторах позволяет повысить их надежность и эффективность за счет увеличения подвижности основных носителей заряда в канале.

1. Инверсионная эпитаксиальная структура для полевых транзисторов, содержащая подложку и последовательно расположенные на ней буферный слой, слой, легированный акцепторной примесью, промежуточный нелегированный слой, слой, легированный донорной примесью, нелегированный слой спейсера и нелегированный слой канала, причем слой канала выполнен из узкозонного полупроводника, а остальные слои - из широкозонного.

2. Инверсионная эпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что легирование слоев акцепторной и донорной примесями выполнено в виде дельта-легирования.

3. Инверсионная эпитаксиальная структура по п.2, отличающаяся тем, что уровни легирования подобраны так, чтобы величина поверхностной концентрации донорной примеси N_SD превышала сумму величин поверхностной концентрации акцепторной примеси N _SA и плотности отрицательно заряженных поверхностных состояний N_SS на величину поверхностной плотности электронов n_s, которую необходимо обеспечить в слое канала транзистора, т.е. N_SD=N_SA+N_SS+n_S .

4. Инверсионная эпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что толщина промежуточного нелегированного слоя выбрана таким образом, чтобы обеспечить в нем изменение положения дна зоны проводимости на величину от 0,3E_g до 0,9E _g, где E_g - ширина запрещенной зоны широкозонного полупроводника.