Эпитаксиальная структура с широкозонным инжектором для полевых транзисторов

Полезная модель относится к полупроводниковым приборам, а именно к эпитаксиальным структурам для полевых транзисторов. Эпитаксиальная структура для полевых транзисторов содержит расположенные на подложке буферный слой, канал и инжектор электронов. Подложка выполнена из полуизолирующего полупроводника, буферный слой - из нелегированного полупроводника, канал - из объемнолегированного донорной примесью полупроводника, а инжектор электронов - из широкозонного полупроводника. Инжектор электронов содержит объемнолегированный донорной примесью слой и слой, легированный акцепторной примесью и расположенный со стороны буферного слоя. Полезная модель позволяет снизить паразитную инжекцию электронов из широкозонного инжектора в нелегированный буферный слой. 3 з.п. ф-лы, 2 илл.

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

Известен инжекционный полевой транзистор (ИПТ), выполненный на основе эпитаксиальной структуры (ЭС), содержащей буферный слой, выполненный из нелегированного арсенида галлия (GaAs) на подложке из полуизолирующего GaAs, слой объемнолегированного донорами GaAs и широкозонный инжектор электронов, выполненный из объемнолегированного донорами соединения GaAs с алюминием (AlGaAs), являющегося вырожденным полупроводником. Широкозонный инжектор выполнен методом эпитаксиального заращивания углубления, сформированного в слое объемнолегированного донорами GaAs, и образует исток полевого транзистора (см. А.Б.Пашковский, А.С.Тагер, «Сверхбыстродействующий инжекционный полевой транзистор», Электронная техника, сер. СВЧ-техника, вып.5(449), 1992 г.).

При такой конструкции ЭС инжекция электронов в канал транзистора происходит в направлении, параллельном плоскости ЭС через гетероструктурный контакт AlGaAs - GaAs в области боковой поверхности углубления, сформированного в слое объемнолегированного донорами GaAs. Для получения большой крутизны ИПТ толщина широкозонного инжектора и толщина слоя канала выполняются одинаковыми по величине и составляют величину порядка 40÷500 Å, что много меньше характерного размера широкозонного инжектора в направлении длины канала ИПТ (порядка 1СК÷50 мкм для мощных полевых транзисторов).

Такое соотношение размеров и малая длина затвора приводит к появлению эффекта паразитной инжекции электронов из широкозонного инжектора в нелегированный буферный слой GaAs в направлении, перпендикулярном плоскости ЭС и переносу этих электронов по буферному слою в сток ИПТ. Нелегированный буферный слой GaAs имеет характерный уровень фонового легирования донорной примесью, равный (1÷10)·10 ¹⁴ см^-3, что вместе с большим характерным размером широкозонного инжектора в направлении длины канала ИПТ приводит к соизмеримости потоков электронов, инжектируемых в канал и электронов, переносимых по буферному слою, что приводит к снижению крутизны ИПТ.

Таким образом, недостатком известной ЭС является малая величина крутизны ИПТ, связанная с возникновением паразитного потока электронов, инжектируемых в буферный слой и переносимых по нему в сток транзистора, что приводит к ухудшению параметров полевых транзисторов на основе такой структуры.

Задачей полезной модели является устранение указанного недостатка. Технический результат заключается в снижении паразитной инжекции электронов из широкозонного инжектора в нелегированный буферный слой. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в эпитаксиальной структуре с широкозонным инжектором для полевых транзисторов, содержащей расположенные на подложке из полуизолирующего полупроводника буферный слой, выполненный из нелегированного полупроводника, канал, выполненный из объемнолегированного донорной примесью полупроводника, и инжектор электронов в виде широкозонного полупроводника, включающего объемнолегированный донорной примесью слой, инжектор электронов со стороны буферного слоя дополнительно содержит слой, легированный акцепторной примесью. По обеим сторонам от легированного акцепторной примесью слоя инжектора электронов предпочтительно выполнены нелегированные слои, причем легирование слоев инжектора электронов выполнено при избыточном объемном легировании донорной примесью и дельта-легировании акцепторной примесью. Уровни легирования и толщины слоев инжектора электронов целесообразно подобрать так, чтобы изменение положения дна зоны проводимости в нелегированном слое, расположенном между слоями, легированными донорной и акцепторной примесями, было равным от 0.5E_g до 0.9E_g, где E_g - ширина запрещенной зоны широкозонного полупроводника.

На фиг.1 представлена предлагаемая ЭС (двумя горизонтальными стрелками показано направление потока электронов, инжектируемых в канал ИПТ, вертикальной штриховой стрелкой показано направление паразитного потока электронов, инжектируемых в буферный слой, который отсутствует в предлагаемой полезной модели);

на фиг.2 - зависимость положения дна зоны проводимости этой ЭС от координаты, где E_C, E_F - положения дна зоны проводимости и уровня Ферми в широкозонном и узкозонном полупроводниках, соответственно, после образования гетероперехода, _В - высота потенциального барьера для электронов.

Эпитаксиальная структура с широкозонным инжектором для полевых транзисторов содержит подложку из полуизолирующего полупроводника, буферный слой 1 из нелегированного полупроводника, канал 2 из объемнолегированного донорной примесью полупроводника и инжектор электронов из широкозонного полупроводника. Инжектор электронов выполнен в виде последовательно расположенных на буферном слое 1 первого нелегированного слоя 3, дельта-легированного акцепторной примесью слоя 4 (p-слоя), второго нелегированного слоя 5 и объемнолегированного донорной примесью слоя 6 (n⁺-слоя). Уровни легирования и толщины слоев 3-6 инжектора электронов подобраны так, чтобы изменение положения дна зоны проводимости в нелегированном слое 5, было равным от 0.5E_g до 0.9E_g, где E _g - ширина запрещенной зоны широкозонного полупроводника.

ЭС изготавливают следующим образом.

В процессе выращивания ЭС на полуизолирующей подложке, выполненной из GaAs, формируют буферный слой 1 нелегированного полупроводника, например, из GaAs. Далее проводят выращивание слоя канала 2, легированного по объему донорной примесью, в котором методом локального травления формируют углубление на всю толщину этого слоя для формирования широкозонного инжектора электронов. Методом эпитаксиального заращивания углубления в слое канала 2 с проведением модуляционного легирования формируют слои 3-6, например, из , образующие широкозонный инжектор электронов. При модуляционном легировании слоев 3-6 слои 3 и 5 не легируются, а слой 4 дельта-легируется акцепторной примесью. Для слоя 6 проводят избыточное объемное легирование донорной примесью так, чтобы выполнялось условие N_SD>N_SA+N_SS, где N_SD - поверхностная плотность доноров в слое 6, N_SA - поверхностная плотность акцепторов в слое 4, a N_SS - плотность отрицательно заряженных поверхностных состояний широкозонного инжектора. Толщину слоя 5 d₅ выбирают такой, чтобы в этом слое формировался потенциальный барьер, высота которого _в удовлетворяет условию

,

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

Оптимальный диапазон изменения дна зоны проводимости от 0.5 до 0.9 Е_g установлен экспериментально.

Преимущества предлагаемой структуры обусловлены формированием гетероперехода в ЭС с широкозонным инжектором из соединения и буферным слоем, выполненным из GaAs. Координатная зависимость положения дна зоны проводимости в этой ЭС представлена на фиг.2.

Из результата, представленного на фиг.2, хорошо видно, что благодаря формированию слоев 3, 4 и 5 в слое 5 формируется потенциальный барьер с высотой, равной _В для электронов, которые находятся в слое 6 широкозонного инжектора. Туннелирование электронов из слоя 6 сквозь этот потенциальный барьер и термоэлектронная эмиссия через этот барьер оказываются практически невозможными благодаря достаточно большой величине этого барьера (_ВЕ_С) и достаточно большой толщине слоев 3 и 5. Таким образом, в заявленной полезной модели подавляется паразитный поток электронов из широкозонного инжектора в буферный слой и переносимых по нему в сток транзистора, что увеличивает крутизну инжекционного полевого транзистора.

1. Эпитаксиальная структура с широкозонным инжектором для полевых транзисторов, содержащая расположенные на подложке из полуизолирующего полупроводника буферный слой, выполненный из нелегированного полупроводника, канал, выполненный из объемно-легированного донорной примесью полупроводника, и инжектор электронов в виде широкозонного полупроводника, включающего объемно-легированный донорной примесью слой, отличающаяся тем, что инжектор электронов со стороны буферного слоя дополнительно содержит слой, легированный акцепторной примесью.

2. Эпитаксиальная структура по п.1, отличающаяся тем, что по обеим сторонам от легированного акцепторной примесью слоя инжектора электронов выполнены нелегированные слои.

3. Эпитаксиальная структура по п.2, отличающаяся тем, что легирование слоев инжектора электронов выполнено при избыточном объемном легировании донорной примесью и дельта-легировании акцепторной примесью.

4. Эпитаксиальная структура по п.3, отличающаяся тем, что уровни легирования и толщины слоев инжектора электронов подобраны так, чтобы изменение положения дна зоны проводимости в нелегированном слое, расположенном между слоями, легированными донорной и акцепторной примесями, было равным от 0,5 до 0,9 E _g, где E_g - ширина запрещенной зоны широкозонного полупроводника.