[發明專利]P型半導體器件

無效

• 申請號: 201080026465.4
• 申請日: 2010-04-12
• 公開（公告）號: CN102804382A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: D.J.瓦利斯
• 申請（專利權）人: 秦內蒂克有限公司
• 主分類號: H01L29/16
• 分類號: H01L29/16;H01L29/267;H01L29/778
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 劉春元;盧江

技術領域

本發明涉及p型半導體器件。其特別地涉及p型場效應晶體管。

背景技術

為了產生對邏輯電路的改進，期望的是產生在較高頻率和較低功率下工作的器件結構，特別是場效應晶體管（FET）。用于數字電路設計的標準架構是CMOS。為了實現CMOS電路，要求n-FET（以電子為載流子）和p-FET（以空穴為載流子）兩者。

常規CMOS設計在很大程度上是基于Si半導體技術。對于n-FET而言，已經使用?InSb作為半導體實現了非常高的操作頻率和低操作功率。在此系統中，在諸如GaAs的適當基底上生長一層Al_xIn_1-xSb，并在其上面生長InSb的薄器件層。在該器件層上生長將提供電子的被小Al_xIn_1-xSb隔離層與其分離的施主層。器件被適當地的層（再次地Al_xIn_1-xSb）覆蓋，以將載流子約束在器件層區域中，該器件層區域形成量子阱。對于具有Al_xIn_1-xSb的組分的區域而言，x的值對于不同的區域可以不同。InSb具有非常高的電子遷移率，并且已經實現了極好的結果——已經產生了具有350?GHz工作速度和0.5?V的工作電壓的n-FET。

應變InSb量子阱結構也適合于在p-FET中使用。在InSb與Al_xIn_1-xSb之間存在晶格失配，其導致量子阱中的壓縮應變和因此的良好的空穴遷移率。已經實現了具有明顯比常規Si或其它III-V半導體系統高的跨導和截止頻率的p-FET。然而，用p型應變InSb量子阱場效應晶體管（QWFET)可實現的性能不可與對于n型QWFET而言可實現的相比。

還已調查了其它系統以產生適合于在CMOS邏輯中使用的高速p溝道器件——這些系統包括SiGe、Ge、InGaSb和碳納米管。這些系統中目前沒有一個提供了產生具有可與n型銻化銦QWFET的性能相比的性能的p-FET的途徑。

因此期望的是產生具有p溝道性質的器件結構，其允許在具有可與用n型InSb?QWFET可實現的相比且與之兼容的低功率和高頻率性能的p-FET中使用。這將允許在公共基底上生長高性能p型和n型QWFET的形成物，允許以低功率消耗實現CMOS邏輯。

發明內容

因此，在第一方面，本發明提供了一種半導體器件，包括：有源層，其包括小于20nm厚的一層α-Sn；以及在有源層下面的第一約束層，其中，第一約束層由具有比α-Sn寬的能帶隙的一種或多種材料形成，其中，α-Sn與所述一種或多種材料之間的價帶偏移允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當量子阱。

半導體器件通常是p型半導體器件。優選地，半導體器件是晶體管或用于晶體管的前體結構。更優選地，半導體器件是場效應晶體管或其前體結構。更優選地，半導體器件是p型場效應晶體管或用于p型場效應晶體管的前體結構。

α-Sn具有極高的空穴遷移率——被報告為2400cm²/Vs，約為InSb的兩倍——并且已被本發明人認為特別適合于在QWFET中使用，因為其晶體性質與InSb的那些類似。因此其特別適合于在其中載流子是空穴且其中有源層形成p溝道的有源層中使用。

如果不存在將有源層的另一側毗鄰至鄰近于第一約束層的一側的層，則此結構將起作用。有利地，在有源層的該側可以存在第二約束層，其由與第一約束層相同類型的材料形成。

如果將此類有源層置于壓縮應變下，則增強其p溝道性質。有利地，在有源層與第一約束層和第二約束層中的至少一個之間存在至少1%的應變。這可以通過用α-Sn層代替常規InSb器件結構中的InSb來實現。在這種情況下，第一約束層和第二約束層中的至少一個包括三元III-V半導體，優選地一者或兩者是Al_xIn_1-xSb，x通常在0.1與0.6之間且更優選地在0.30與0.45之間。其它可能的三元III-V半導體是InGaSb和/或AIGaSb。

第一約束層可以是有源層與基底之間的緩沖層。基底（其優選地是GaAs或Si）可以相對于晶面被斜切（miscut）以防止當在IV族層上生長III-V層時產生反相疇邊界。有源層可以包含達到2%的摻雜劑——優選地Si或Ge——以使α-Sn層針對到β-Sn的相變穩定化。