JPH0630396B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0630396B2 JPH0630396B2 JP62276303A JP27630387A JPH0630396B2 JP H0630396 B2 JPH0630396 B2 JP H0630396B2 JP 62276303 A JP62276303 A JP 62276303A JP 27630387 A JP27630387 A JP 27630387A JP H0630396 B2 JPH0630396 B2 JP H0630396B2
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- JP
- Japan
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- layer
- collector
- barrier layer
- quantum well
- gaas
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/30—Devices controlled by electric currents or voltages
- H10D48/32—Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H10D48/36—Unipolar devices
- H10D48/362—Unipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions, e.g. hot electron transistors [HET], metal base transistors [MBT], resonant tunnelling transistors [RTT], bulk barrier transistors [BBT], planar doped barrier transistors [PDBT] or charge injection transistors [CHINT]
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 AlGaAs/GaAs，InGaAs/InP等のヘテロ接合を用いたホッ
トエレクトロントランジスタ(HET)に関し， コレクタベース間リークを増加させないで，コレクタバ
リア内のΓ−Ｌ谷間散乱による電子走行時間の低下を防
止することを目的とし， 半導体基板上に順次形成された一導電型コレクタ層，コ
レクタバリア層，一導電型ベース層，さらにその上に，
第１の量子井戸バリア層，量子井戸ウエル層，第２の量
子井戸バリア層からなる量子井戸層，あるいはエミッタ
バリア層のいずれかの層，および一導電型エミッタ層と
を有し，該コレクタバリア層が該コレクタ層側より厚さ
方向に一部一導電型不純物をドープしてなるように構成
する。
トエレクトロントランジスタ(HET)に関し， コレクタベース間リークを増加させないで，コレクタバ
リア内のΓ−Ｌ谷間散乱による電子走行時間の低下を防
止することを目的とし， 半導体基板上に順次形成された一導電型コレクタ層，コ
レクタバリア層，一導電型ベース層，さらにその上に，
第１の量子井戸バリア層，量子井戸ウエル層，第２の量
子井戸バリア層からなる量子井戸層，あるいはエミッタ
バリア層のいずれかの層，および一導電型エミッタ層と
を有し，該コレクタバリア層が該コレクタ層側より厚さ
方向に一部一導電型不純物をドープしてなるように構成
する。
本発明は半導体装置，特にAlGaAs/GaAs，InGaAs/InP等
のヘテロ接合を用いたホットエレクトロントランジスタ
(HET)に関する。
のヘテロ接合を用いたホットエレクトロントランジスタ
(HET)に関する。
HETは電子がエミッタよりベースに注入されたとき，高
い位置エネルギを運動エネルギに変換して高速で走行で
きる利点を持つ。その飽和速度は通常のトランジスタで
は107cm/secであるが，HETではその10倍程度になる。
い位置エネルギを運動エネルギに変換して高速で走行で
きる利点を持つ。その飽和速度は通常のトランジスタで
は107cm/secであるが，HETではその10倍程度になる。
HETの中でも，共鳴トンネリングホットエレクトロン(RH
ET)は，共鳴トンネリング効果を利用し，高いエネルギ
を持つホットエレクトロンの動きを制御できるので，高
速の論理，記憶等の機能を持つことができる。さらに，
少数のデバイスでLSIを構成する回路機能を実現できる
ため将来の新機能デバイスとして注目されている。
ET)は，共鳴トンネリング効果を利用し，高いエネルギ
を持つホットエレクトロンの動きを制御できるので，高
速の論理，記憶等の機能を持つことができる。さらに，
少数のデバイスでLSIを構成する回路機能を実現できる
ため将来の新機能デバイスとして注目されている。
従って，ここではAlGaAs/GaAs，InGaAs/InPヘテロ接合
を用いたRHETを例にとり説明する。
を用いたRHETを例にとり説明する。
第４図は従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合を用いたRHETの
断面図である。
断面図である。
図において，GaAs基板１上に，例えばMBE法により順次n
+-GaAsコレクタ層２，Al0.3Ga0.7Asコレクタバリア層
３，n-GaAsベース層４， さらにAl0.3Ga0.7Asバリア層５，GaAsウエル層６，Al
0.3Ga0.7Asバリア層７からなる量子井戸層，およびn+-G
aAsエミッタ層８を成長する。
+-GaAsコレクタ層２，Al0.3Ga0.7Asコレクタバリア層
３，n-GaAsベース層４， さらにAl0.3Ga0.7Asバリア層５，GaAsウエル層６，Al
0.3Ga0.7Asバリア層７からなる量子井戸層，およびn+-G
aAsエミッタ層８を成長する。
上記各層の諸元は，例えば次の通りである。
エミッタ層８，ベース層４，コレクタ層２上にそれぞれ
厚さ200/3000ÅのAuGe/Au電極が取り付けられる。
厚さ200/3000ÅのAuGe/Au電極が取り付けられる。
単に，HETの場合は，共鳴量子井戸層であるバリア層
５，ウエル層６，バリア層７の代わりに，エミッタバリ
ア層として，厚さ100〜250ÅのAl0.3Ga0.7As層を形成す
る。
５，ウエル層６，バリア層７の代わりに，エミッタバリ
ア層として，厚さ100〜250ÅのAl0.3Ga0.7As層を形成す
る。
第５図は従来例のRHETのバンド構造図である。
図において，Al0.3Ga0.7Asコレクタバリア層３のΓ谷
（伝導帯底ECと一致）とＬ谷のセパレーションエネルギ
ΔＥ（Γ−Ｌ）が約0.25eVと，n+-GaAsコレクタ層２の
約0.3eVと比較して小さいため，バイアス電圧が加えら
れたコレクタバリア層３中を通過するホットエレクトロ
ン（矢印で図示される）がΓ谷よりＬ谷に移り，Γ−Ｌ
谷間散乱によりその走行速度を低下させ問題となってい
る。
（伝導帯底ECと一致）とＬ谷のセパレーションエネルギ
ΔＥ（Γ−Ｌ）が約0.25eVと，n+-GaAsコレクタ層２の
約0.3eVと比較して小さいため，バイアス電圧が加えら
れたコレクタバリア層３中を通過するホットエレクトロ
ン（矢印で図示される）がΓ谷よりＬ谷に移り，Γ−Ｌ
谷間散乱によりその走行速度を低下させ問題となってい
る。
因に，Γ谷の電子の有効質量m*は m*＝0.068m0． ここに，m0：電子の静止質量 であり，Ｌ谷ではその10倍程度と大きくなり，電子のエ
ネルギは低下し，電子はコレクタに到達しなくなる。
ネルギは低下し，電子はコレクタに到達しなくなる。
本発明は，上記のコレクタバリア内のΓ−Ｌ谷間散乱に
よる電子走行時間の低下を防止することを目的とする。
よる電子走行時間の低下を防止することを目的とする。
上記問題点の解決は，半導体基板上に順次形成された一
導電型コレクタ層，コレクタバリア層，一導電型ベース
層，さらにその上に，第１の量子井戸バリア層，量子井
戸ウエル層，第２の量子井戸バリア層からなる量子井戸
層（RHETの場合），あるいはエミッタバリア層のいずれ
かの層，および一導電型エミッタ層（HETの場合）とを
有し，該コレクタバリア層が該コレクタ層側より厚さ方
向に一部一導電型不純物をドープしてなる半導体装置に
より達成される。
導電型コレクタ層，コレクタバリア層，一導電型ベース
層，さらにその上に，第１の量子井戸バリア層，量子井
戸ウエル層，第２の量子井戸バリア層からなる量子井戸
層（RHETの場合），あるいはエミッタバリア層のいずれ
かの層，および一導電型エミッタ層（HETの場合）とを
有し，該コレクタバリア層が該コレクタ層側より厚さ方
向に一部一導電型不純物をドープしてなる半導体装置に
より達成される。
本発明は，ΔＥ（Γ−Ｌ）は従来のAlGaAsコレクタバリ
ア層が約0.25eVと小さく，コレクタバリア層にコレクタ
ベース間電圧VCBを加えたときに，コレクタバリア層内
を略バリスティックに走行するホットエレクトロンはΓ
−Ｌ谷間散乱を受けるようになるのを，コレクタバリア
層にコレクタ側より一部ｎ型不純物をドープして実質的
なコレクタバリア厚さを小さくしてΓ−Ｌ谷間散乱によ
る電子走行速度の低下を防止するようにしたものであ
る。
ア層が約0.25eVと小さく，コレクタバリア層にコレクタ
ベース間電圧VCBを加えたときに，コレクタバリア層内
を略バリスティックに走行するホットエレクトロンはΓ
−Ｌ谷間散乱を受けるようになるのを，コレクタバリア
層にコレクタ側より一部ｎ型不純物をドープして実質的
なコレクタバリア厚さを小さくしてΓ−Ｌ谷間散乱によ
る電子走行速度の低下を防止するようにしたものであ
る。
Γ−Ｌ谷間散乱を防止する一方法としてコレクタバリア
層をできるだけ薄くすればよいが，そうするとコレクタ
ベース間のリーク電流が増加するという問題が生ずる。
そこで，コレクタバリア層の厚さはそのままにして，コ
レクタ側にｎ型不純物を一部ドープすると，ドープ領域
に到達した電子はコレクタに収集されたのと同等にな
り，実質的なバリア厚さを減少してΓ−Ｌ谷間散乱を防
止して，かつコレクタ耐圧を維持することができるよう
になる。
層をできるだけ薄くすればよいが，そうするとコレクタ
ベース間のリーク電流が増加するという問題が生ずる。
そこで，コレクタバリア層の厚さはそのままにして，コ
レクタ側にｎ型不純物を一部ドープすると，ドープ領域
に到達した電子はコレクタに収集されたのと同等にな
り，実質的なバリア厚さを減少してΓ−Ｌ谷間散乱を防
止して，かつコレクタ耐圧を維持することができるよう
になる。
第１図は本発明の一実施例によるAlGaAs/GaAsヘテロ接
合を用いたRHETの断面図である。
合を用いたRHETの断面図である。
図において，半絶縁性GaAs基板１上に，例えばMBE法に
より順次n+-GaAsコレクタ層２，n-Al0.3Ga0.7As層3Aお
よびAl0.3Ga0.7As層3Bからなるコレクタバリア層３，n-
GaAsベース層４，さらに，Al0.3Ga0.7Asバリア層５，Ga
Asウエル層６，Al0.3Ga0.7Asバリア層７からなる量子井
戸層，およびn+-GaAsエミッタ層８を成長する。
より順次n+-GaAsコレクタ層２，n-Al0.3Ga0.7As層3Aお
よびAl0.3Ga0.7As層3Bからなるコレクタバリア層３，n-
GaAsベース層４，さらに，Al0.3Ga0.7Asバリア層５，Ga
Asウエル層６，Al0.3Ga0.7Asバリア層７からなる量子井
戸層，およびn+-GaAsエミッタ層８を成長する。
上記各層の諸元は，例えば次の通りである。
エミッタ層８，ベース層４，コレクタ層２上にそれぞれ
厚さ200/3000ÅのAuGe/Au電極が取り付けられる。
厚さ200/3000ÅのAuGe/Au電極が取り付けられる。
単に，HETの場合は，量子井戸層５，６，７の代わりに
エミッタバリア層として，厚さ100〜250ÅのAl0.3Ga0.7
As層を形成する。
エミッタバリア層として，厚さ100〜250ÅのAl0.3Ga0.7
As層を形成する。
第２図は実施例のRHETのバンド構造図である。
図において，コレクタバリア層３の厚さは1/2になった
のと等価であり，Γ−Ｌ谷間散乱による電子走行速度の
低下は起こらない。
のと等価であり，Γ−Ｌ谷間散乱による電子走行速度の
低下は起こらない。
以上の実施例と，コレクタバリア層を半分に薄くした場
合と，従来例とを比較した結果を次に示す。
合と，従来例とを比較した結果を次に示す。
上記のように，実施例の場合はコレクタ走行時間が低下
し，リーク電流は増加しない。
し，リーク電流は増加しない。
GaAsベース層の(R)HETよりさらに高速のInGaAsベース層
の(R)HETについても本発明は同様の効果を有する。
の(R)HETについても本発明は同様の効果を有する。
いま，両者を比較すると， であり，InGaAsの方が有効質量，ΔＥ（Γ−Ｌ）ともに
大きく有利である。
大きく有利である。
次にInGaAsベース層の(R)HETの実施例について説明す
る。
る。
第３図は本発明の他の実施例で，InGaAs/InAlGaAsヘテ
ロ接合を用いたRHETの断面図である。
ロ接合を用いたRHETの断面図である。
図において、InP基板11上に，例えばMBE法により順次n+
-In0.53Ga0.47Asコレクタ層12，n-In0.52(Al0.5Ga0.5)
0.48Asコレクタバリア層13A，In0.52(Al0.5Ga0.5)0.48A
sコレクタバリア層13B，n-In0.53Ga0.47Asベース層14，
さらにIn0.53Al0.47Asバリア層15，In0.53Ga0.47Asウエ
ル層16，In0.53Al0.47Asバリア層17からなる量子井戸
層，およびn+-In0.53Ga0.47Asエミッタ層18を成長す
る。
-In0.53Ga0.47Asコレクタ層12，n-In0.52(Al0.5Ga0.5)
0.48Asコレクタバリア層13A，In0.52(Al0.5Ga0.5)0.48A
sコレクタバリア層13B，n-In0.53Ga0.47Asベース層14，
さらにIn0.53Al0.47Asバリア層15，In0.53Ga0.47Asウエ
ル層16，In0.53Al0.47Asバリア層17からなる量子井戸
層，およびn+-In0.53Ga0.47Asエミッタ層18を成長す
る。
上記各層の諸元は，例えば次の通りである。
エミッタ層18，ベース層14，コレクタ層12上にそれぞれ
厚さ200/3000ÅのCr/Au電極が取り付けられる。
厚さ200/3000ÅのCr/Au電極が取り付けられる。
単に，HETの場合は，共鳴量子井戸層15，16，17の代わ
りにエミッタバリア層として，厚さ100〜250ÅのIn0.53
Al0.47As層を形成する。
りにエミッタバリア層として，厚さ100〜250ÅのIn0.53
Al0.47As層を形成する。
以上説明したように本発明によれば，(R)HETにおいてコ
レクタベース間リーク電流を増加させないで，コレクタ
バリア内のΓ−Ｌ谷間散乱による電子走行時間の低下を
防止することができる。
レクタベース間リーク電流を増加させないで，コレクタ
バリア内のΓ−Ｌ谷間散乱による電子走行時間の低下を
防止することができる。
第１図は本発明の一実施例によるAlGaAs/GaAsヘテロ接
合を用いたRHETの断面図， 第２図は実施例のRHETのバンド構造図， 第３図は本発明の他の実施例で， InGaAs/InAlGaAsヘテロ接合を用いたRHETの断面図， 第４図は従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合を用いたRHETの
断面図， 第５図は従来例のRHETのバンド構造図である。 図において， １はGaAs基板， ２はn+-GaAsコレクタ層， 3Aはn-Al0.3Ga0.7Asコレクタバリア層， 3BはAl0.3Ga0.7Asコレクタバリア層， ４はn-GaAsベース層， ５はAl0.3Ga0.7As量子井戸バリア層， ６はGaAs量子井戸ウエル層， ７はAl0.3Ga0.7As量子井戸バリア層， ８はn+-GaAsエミッタ層， 11はInP基板， 12はn+-In0.53Ga0.47Asコレクタ層， 13Aはn-In0.52(Al0.5Ga0.5)0.48Asコレクタバリア層， 13BはIn0.52(Al0.5Ga0.5)0.48Asコレクタバリア層， 14はn-In0.53Ga0.47Asベース層， 15はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， 16はIn0.53Ga0.47As量子井戸ウエル層， 17はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， 18はn+-In0.53Ga0.47Asエミッタ層 である。
合を用いたRHETの断面図， 第２図は実施例のRHETのバンド構造図， 第３図は本発明の他の実施例で， InGaAs/InAlGaAsヘテロ接合を用いたRHETの断面図， 第４図は従来のAlGaAs/GaAsヘテロ接合を用いたRHETの
断面図， 第５図は従来例のRHETのバンド構造図である。 図において， １はGaAs基板， ２はn+-GaAsコレクタ層， 3Aはn-Al0.3Ga0.7Asコレクタバリア層， 3BはAl0.3Ga0.7Asコレクタバリア層， ４はn-GaAsベース層， ５はAl0.3Ga0.7As量子井戸バリア層， ６はGaAs量子井戸ウエル層， ７はAl0.3Ga0.7As量子井戸バリア層， ８はn+-GaAsエミッタ層， 11はInP基板， 12はn+-In0.53Ga0.47Asコレクタ層， 13Aはn-In0.52(Al0.5Ga0.5)0.48Asコレクタバリア層， 13BはIn0.52(Al0.5Ga0.5)0.48Asコレクタバリア層， 14はn-In0.53Ga0.47Asベース層， 15はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， 16はIn0.53Ga0.47As量子井戸ウエル層， 17はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， 18はn+-In0.53Ga0.47Asエミッタ層 である。
Claims (1)
- 【請求項１】半導体基板上に順次形成された 一導電型コレクタ層，コレクタバリア層，一導電型ベー
ス層，さらにその上に， 第１の量子井戸バリア層，量子井戸ウエル層，第２の量
子井戸バリア層からなる量子井戸層，あるいはエミッタ
バリア層のいずれかの層， および一導電型エミッタ層とを有し， 該コレクタバリア層が該コレクタ層側より厚さ方向に一
部一導電型不純物をドープしてなることを特徴とする半
導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276303A JPH0630396B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276303A JPH0630396B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01117356A JPH01117356A (ja) | 1989-05-10 |
| JPH0630396B2 true JPH0630396B2 (ja) | 1994-04-20 |
Family
ID=17567571
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62276303A Expired - Fee Related JPH0630396B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0630396B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115117209A (zh) * | 2022-07-01 | 2022-09-27 | 西安电子科技大学广州研究院 | 一种氮化镓异质结双极型光子晶体管及其制备方法 |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP62276303A patent/JPH0630396B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01117356A (ja) | 1989-05-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |