JPH01244662A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH01244662A JPH01244662A JP63072335A JP7233588A JPH01244662A JP H01244662 A JPH01244662 A JP H01244662A JP 63072335 A JP63072335 A JP 63072335A JP 7233588 A JP7233588 A JP 7233588A JP H01244662 A JPH01244662 A JP H01244662A
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- Japan
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- collector
- base
- emitter
- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は高速動作が可能な半導体装置詳しくはホットエ
レクトロントランジスタに関するものである。
レクトロントランジスタに関するものである。
（従来の技術）
高速動作が可能と考えられている能動半導体装置の１つ
にホットエレクトロン・トランジスタ（ＴＨＥＴＡ、
ＨＥＴ）がある。例えば、ハイプラム（Ｍ。
にホットエレクトロン・トランジスタ（ＴＨＥＴＡ、
ＨＥＴ）がある。例えば、ハイプラム（Ｍ。
Ｈｅｉｂｌｕｍ）によりソリッド・ステート・エレクト
ロニクス（Ｓｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ、Ｖｏｌ、２４．ｐ３４３．１９８１）に報告さ
れている。このデバイスは、高エネルギーの電子をエミ
ッタからベースに注入するため、電子はベース中を高速
で通過し、ベース走行時間が短い。したがって高速動作
に適している。
ロニクス（Ｓｏｌｉｄ ５ｔａｔｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
ｉｃｓ、Ｖｏｌ、２４．ｐ３４３．１９８１）に報告さ
れている。このデバイスは、高エネルギーの電子をエミ
ッタからベースに注入するため、電子はベース中を高速
で通過し、ベース走行時間が短い。したがって高速動作
に適している。
第３図に従来構造のＨＥＴの模式的断面図を示す。
第３図において、１は基板、２はｎ型の半導体からなる
コレクタ層、３は該コレクタ層よりも伝導帯のエネルギ
ーが高いアンドープの半導体からなるコレクタバリア層
、４はコレクタ層と同じ種類の半導体からなるベース層
、５は該ベース層よりも伝導帯のエネルギーが高くアン
ドープの半導体からなり電子がトンネルできる薄いエミ
ッタバリア層、６はコレクタ層と同じ種類の半導体から
なるエミッタ層、７はコレクタ電極、８はベース電極、
９はエミッタ電極である。
コレクタ層、３は該コレクタ層よりも伝導帯のエネルギ
ーが高いアンドープの半導体からなるコレクタバリア層
、４はコレクタ層と同じ種類の半導体からなるベース層
、５は該ベース層よりも伝導帯のエネルギーが高くアン
ドープの半導体からなり電子がトンネルできる薄いエミ
ッタバリア層、６はコレクタ層と同じ種類の半導体から
なるエミッタ層、７はコレクタ電極、８はベース電極、
９はエミッタ電極である。
この従来構造の動作を、半導体基板１として半絶縁性の
ＧａＡｓ 、コレクタ層２、ベース層４およびエミッタ
層６としてドナー濃度がＩ Ｘ １０１８ｃｍ’程度の
ｎ−ＧａＡｓ 、コレクタバリア層３としてＡＩ。、２
Ｇａｏ、８Ａｓ １ エミッタバリア層５としてＡＩ、
３Ｇａｏ、７Ａｓを用い、このバンド構造を示す第４図
を用いて説明する。
ＧａＡｓ 、コレクタ層２、ベース層４およびエミッタ
層６としてドナー濃度がＩ Ｘ １０１８ｃｍ’程度の
ｎ−ＧａＡｓ 、コレクタバリア層３としてＡＩ。、２
Ｇａｏ、８Ａｓ １ エミッタバリア層５としてＡＩ、
３Ｇａｏ、７Ａｓを用い、このバンド構造を示す第４図
を用いて説明する。
第４図は第３図のエミッタ層６からコレクタ層２にわた
る、模式的なバンド構造を示したものである。第４図に
おいて１０は伝導帯の底、Ｅｆはフェルミ準位である。
る、模式的なバンド構造を示したものである。第４図に
おいて１０は伝導帯の底、Ｅｆはフェルミ準位である。
第４図に示すようにエミッタ・ベース間の電位差を０．
３Ｖ程度として、エミッタ層よりベース層のフェルミ準
位を低くしておくと、エミッタ層６の電子はエミッタバ
リア層５をトンネルで抜はベース層４へ移動する。この
電子はエミッタ・ベース間の電位差によりエネルギーを
得（０，３ｅＶ程度）、ホットエレクトロンとなってこ
の大部分はベース中を通過してコレクタバリア層３に達
する。ＧａＡｓベース層とＡ１ｏ２Ｇａｏ、８Ａｓコレ
クタバリア層との伝導帯の底のエネルギー差は０．１５
ｅＶ程度であるので、コレクタ層１０のフェルミエネル
ギーをベース層４よりも低くしておけば、ホット化した
電子はコレクタバリア層に入り、コレクタバリア層の電
界で加速されて、コレクタ層まで移動する。
３Ｖ程度として、エミッタ層よりベース層のフェルミ準
位を低くしておくと、エミッタ層６の電子はエミッタバ
リア層５をトンネルで抜はベース層４へ移動する。この
電子はエミッタ・ベース間の電位差によりエネルギーを
得（０，３ｅＶ程度）、ホットエレクトロンとなってこ
の大部分はベース中を通過してコレクタバリア層３に達
する。ＧａＡｓベース層とＡ１ｏ２Ｇａｏ、８Ａｓコレ
クタバリア層との伝導帯の底のエネルギー差は０．１５
ｅＶ程度であるので、コレクタ層１０のフェルミエネル
ギーをベース層４よりも低くしておけば、ホット化した
電子はコレクタバリア層に入り、コレクタバリア層の電
界で加速されて、コレクタ層まで移動する。
このように、このデバイスにおいては、エミッタからベ
ースに注入された電子がホットエレクトロンとなり高速
でベース層４とコレクタバリア層３を通過するため、高
速動作が可能である。
ースに注入された電子がホットエレクトロンとなり高速
でベース層４とコレクタバリア層３を通過するため、高
速動作が可能である。
（発明が解決しようとする問題点）
しかし、従来のＨＥＴでは前述の利点を有しているのに
もかかわらず、電流利得（［コレクタ電流］／［ベース
電流１）が小さいので十分な高速化は達成されていない
。
もかかわらず、電流利得（［コレクタ電流］／［ベース
電流１）が小さいので十分な高速化は達成されていない
。
エミッタからベースに注入された電子の一部は、高い不
純物濃度のベース層中で散乱によりエネルギーを失うた
め、コレクタバリア層にはいることができずベース電流
となる。従来のＨＥＴでは、ベース層中での格子振動に
結合したプラズモン散乱の頻度が高く、散乱によりエネ
ルギーを失ってコレクタバリア層で反射される電子とコ
レクタ層に到達する電子の数が同程度となるため、電流
利得は大きくできない。
純物濃度のベース層中で散乱によりエネルギーを失うた
め、コレクタバリア層にはいることができずベース電流
となる。従来のＨＥＴでは、ベース層中での格子振動に
結合したプラズモン散乱の頻度が高く、散乱によりエネ
ルギーを失ってコレクタバリア層で反射される電子とコ
レクタ層に到達する電子の数が同程度となるため、電流
利得は大きくできない。
本発明の目的は、従来のＨＥＴの欠点を除去し、超高速
動作が可能な半導体装置を提供することにある。
動作が可能な半導体装置を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明の半導体装置は、ｎｕの第１の半導体からなるエ
ミッタ層と、該エミッタ層の伝導帯の底よりも高いエネ
ルギーの伝導帯の底を有し電子がトンネルできる厚さで
低不純物濃度の第２の半導体からなるエミッタバリア層
と、該エミッタバリア層の伝導帯の底よりも低いエネル
ギーの伝導帯の底を有し低不純物濃度の第３の半導体か
らなるアンドープベース層と、高濃度ｎ型の第３の半導
体からなる薄いベース層と、ベース層の伝導帯の底より
もエネルギーが高い伝導帯の底を有する低不純物濃度の
第４の半導体からなるコレクタバリア層と、ｎ型の第５
の半導体からなるコレクタ層とを積層した構造を有する
ことを特徴としている。
ミッタ層と、該エミッタ層の伝導帯の底よりも高いエネ
ルギーの伝導帯の底を有し電子がトンネルできる厚さで
低不純物濃度の第２の半導体からなるエミッタバリア層
と、該エミッタバリア層の伝導帯の底よりも低いエネル
ギーの伝導帯の底を有し低不純物濃度の第３の半導体か
らなるアンドープベース層と、高濃度ｎ型の第３の半導
体からなる薄いベース層と、ベース層の伝導帯の底より
もエネルギーが高い伝導帯の底を有する低不純物濃度の
第４の半導体からなるコレクタバリア層と、ｎ型の第５
の半導体からなるコレクタ層とを積層した構造を有する
ことを特徴としている。
（作用）
本発明の半導体装置においては、エミッタからベース領
域に注入された電子は、高濃度の不純物が存在するベー
ス領域が非常に狭いためプラズモン散乱でエネルギーを
失うことがほとんどない。
域に注入された電子は、高濃度の不純物が存在するベー
ス領域が非常に狭いためプラズモン散乱でエネルギーを
失うことがほとんどない。
したがって、高い電流利得が得られ、超高速動作が可能
となる。
となる。
（実施例）
以下、本発明について実施例を示す図面を参照して詳細
に説明する。
に説明する。
第１図は本発明の実施例を示す模式的断面図である。第
１図において第３図と同じ番号のものは第３図と同等物
で同一機能を果たすものである。１６はｎ型の第１の半
導体からなるエミッタ層、１５は該エミッタ層１６の伝
導帯の底よりも高いエネルギーの伝導帯の底を有し電子
がトンネルできる厚さで低不純物濃度の第２の半導体か
らなるエミッタバリア層、１４は該エミッタバリア層１
５の伝導帯の底よりも低いエネルギーの伝導帯の底を有
し低不純物濃度の第３の半導体からなるアンドープベー
ス層、１３は高濃度ｎ型の第３の半導体からなる薄いベ
ース層、１２は該薄いベース層１３の伝導帯の底よりも
エネルギーが高い伝導帯の底を有する低不純物濃度の第
４の半導体からなるコレクタバリア層、１１はｎ型の第
５の半導体からなるコレクタ層である。
１図において第３図と同じ番号のものは第３図と同等物
で同一機能を果たすものである。１６はｎ型の第１の半
導体からなるエミッタ層、１５は該エミッタ層１６の伝
導帯の底よりも高いエネルギーの伝導帯の底を有し電子
がトンネルできる厚さで低不純物濃度の第２の半導体か
らなるエミッタバリア層、１４は該エミッタバリア層１
５の伝導帯の底よりも低いエネルギーの伝導帯の底を有
し低不純物濃度の第３の半導体からなるアンドープベー
ス層、１３は高濃度ｎ型の第３の半導体からなる薄いベ
ース層、１２は該薄いベース層１３の伝導帯の底よりも
エネルギーが高い伝導帯の底を有する低不純物濃度の第
４の半導体からなるコレクタバリア層、１１はｎ型の第
５の半導体からなるコレクタ層である。
第２図は本発明の実施例の動作を説明するためのバンド
図である。第２図において、第１図および第４図と同じ
番号のものは第１図および第４図と同等物で同一機能を
果たすものである。
図である。第２図において、第１図および第４図と同じ
番号のものは第１図および第４図と同等物で同一機能を
果たすものである。
第２図に示すようにエミッタ・ベース間に電圧を印加し
、エミッタ層の伝導帯の底をアンドープベース層の伝導
帯の底よりも高くすると、エミッタ層の伝導帯に存在し
ている電子はエミッタバリア層をトンネル効果で通過し
アンドープベース層の伝導帯へ注入される。アンドープ
ベースの伝導帯に注入された電子はエミッタ・ベース間
のバイアス電圧による伝導帯の底の傾斜によりエネルギ
ーを得、ホットエレクトロンとなって薄いベース層に達
する。このとき、アンドープベース層には不純物がほと
んどないため不純物散乱やプラズモン散乱はなくエネル
ギーを失うことはほとんどない。さて、薄いベース層は
高濃度の不純物を含み、不純物散乱やプラズモン散乱が
多いと考えられるが、厚さが極めて薄いため散乱を受け
るだけの充分な時間がない。したがって、薄いベース層
に入ってきた電子はほとんど散乱を受けずに薄いベース
中を通過してコレクタバリア層に達する。
、エミッタ層の伝導帯の底をアンドープベース層の伝導
帯の底よりも高くすると、エミッタ層の伝導帯に存在し
ている電子はエミッタバリア層をトンネル効果で通過し
アンドープベース層の伝導帯へ注入される。アンドープ
ベースの伝導帯に注入された電子はエミッタ・ベース間
のバイアス電圧による伝導帯の底の傾斜によりエネルギ
ーを得、ホットエレクトロンとなって薄いベース層に達
する。このとき、アンドープベース層には不純物がほと
んどないため不純物散乱やプラズモン散乱はなくエネル
ギーを失うことはほとんどない。さて、薄いベース層は
高濃度の不純物を含み、不純物散乱やプラズモン散乱が
多いと考えられるが、厚さが極めて薄いため散乱を受け
るだけの充分な時間がない。したがって、薄いベース層
に入ってきた電子はほとんど散乱を受けずに薄いベース
中を通過してコレクタバリア層に達する。
よって、薄いベースに注入された電子が伝導帯の底まで
落ちてベース電流に寄与することは非常に小さい。コレ
クタバリア層に入った電子は従来のＨＥＴと同様にコレ
クタバリア層の電界で加速されて、コレクタ層まで移動
する。
落ちてベース電流に寄与することは非常に小さい。コレ
クタバリア層に入った電子は従来のＨＥＴと同様にコレ
クタバリア層の電界で加速されて、コレクタ層まで移動
する。
以上述べたように本発明の構造によれば、エミッタから
ベースに注入された電子がベース領域でエネルギーを失
いベース電流に寄与することはほとんどないので、高い
電流利得を得ることができる。その結果、超高速動作が
可能になる。
ベースに注入された電子がベース領域でエネルギーを失
いベース電流に寄与することはほとんどないので、高い
電流利得を得ることができる。その結果、超高速動作が
可能になる。
次に、この本発明の実施例により作成したデバイスの製
造方法、構造および特性について述べる。結晶成長方法
としてはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＢｅａｍＥｐｉ
ｔａｘｙ）を用い、半絶縁性のＩｎＰ基板１上に厚さ０
．５ｐｍでドナー濃度がＩ Ｘ １０１８ｃｍ−３のｎ
−ＩｎＧａＡｓコレクタ層１１、厚さａｏｏｏＡでアン
ドープのＩｎ０．５３（ＧａＯ，６”０．４）０．４７
Ａ８コレクタバリア層１２、厚さ１００人でドナー濃度
が２ Ｘ １０１８ｃｍ’のｎ−ＩｎＧａＡｓ薄いベー
ス層１３、厚さ９００人でアンドープのＩｎＧａＡｓア
ンドープベース層１４、厚さ５０人でアンドープのＩｎ
ＡｌＡｓエミッタバリア層１５、厚さ０．５ｐｍでドナ
ー濃度がＩ Ｘ １１０１８ａ’のｎ−ＩｎＧａＡｓ
エミッタ層１６を順次成長した。これらの層は全てＩｎ
Ｐ基板に格子整合している。電極形成のためにベース層
およびコレクタ層をエツチングにより雪山させた。コレ
クタ電極７、ベース電極８およびエミッタ電極９はＡｕ
Ｇｅ／Ａｕを蒸着しアロイすることによって形成した。
造方法、構造および特性について述べる。結晶成長方法
としてはＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ＢｅａｍＥｐｉ
ｔａｘｙ）を用い、半絶縁性のＩｎＰ基板１上に厚さ０
．５ｐｍでドナー濃度がＩ Ｘ １０１８ｃｍ−３のｎ
−ＩｎＧａＡｓコレクタ層１１、厚さａｏｏｏＡでアン
ドープのＩｎ０．５３（ＧａＯ，６”０．４）０．４７
Ａ８コレクタバリア層１２、厚さ１００人でドナー濃度
が２ Ｘ １０１８ｃｍ’のｎ−ＩｎＧａＡｓ薄いベー
ス層１３、厚さ９００人でアンドープのＩｎＧａＡｓア
ンドープベース層１４、厚さ５０人でアンドープのＩｎ
ＡｌＡｓエミッタバリア層１５、厚さ０．５ｐｍでドナ
ー濃度がＩ Ｘ １１０１８ａ’のｎ−ＩｎＧａＡｓ
エミッタ層１６を順次成長した。これらの層は全てＩｎ
Ｐ基板に格子整合している。電極形成のためにベース層
およびコレクタ層をエツチングにより雪山させた。コレ
クタ電極７、ベース電極８およびエミッタ電極９はＡｕ
Ｇｅ／Ａｕを蒸着しアロイすることによって形成した。
なおベース層へのコンタクトは、アンドープ層の表面が
ｎ型に反転するので、容易に行える。
ｎ型に反転するので、容易に行える。
以上の実施例では、薄いベース層１３の層厚を１００人
としたが２００Å以下であれば本発明の効果が得られ、
また、１原子層のみにドーピングしであるようなプレー
ナドーピングであっても一部分だけにドーピングした不
均一なドーピング構造でも良い。そして薄いベース層の
濃度はこのベース層の厚さによって、異なり２０ＯＡで
は１Ｑ１８．５０Ａでは１０１９ｃｍ−３が望ましい。
としたが２００Å以下であれば本発明の効果が得られ、
また、１原子層のみにドーピングしであるようなプレー
ナドーピングであっても一部分だけにドーピングした不
均一なドーピング構造でも良い。そして薄いベース層の
濃度はこのベース層の厚さによって、異なり２０ＯＡで
は１Ｑ１８．５０Ａでは１０１９ｃｍ−３が望ましい。
また半導体材料としてＩｎＧａＡｌＡｓ系しか示さなか
ったが、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＳｂ／Ｉ
ｎＡｓ系などの半導体、その他の各種半導体でも本発明
が適用できることは明かである。また、上に示した材料
は格子定数が一致している組合せであるが、格子定数が
異なって歪が入っている材料で、もかまわない。
ったが、ＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系、ＡｌＧａＳｂ／Ｉ
ｎＡｓ系などの半導体、その他の各種半導体でも本発明
が適用できることは明かである。また、上に示した材料
は格子定数が一致している組合せであるが、格子定数が
異なって歪が入っている材料で、もかまわない。
（発明の効果）
本発明の半導体装置ではドーピングしであるベース領域
の厚さが薄いので電子の散乱を減少できるので電流利得
が大幅に改善され、超高速動作が可能となる。
の厚さが薄いので電子の散乱を減少できるので電流利得
が大幅に改善され、超高速動作が可能となる。
第１図は本発明の実施例の模式的断面図、第２図はその
バンド構造図、第３図は従来のＨＥＴの模式的断面図、
第４図はそのバンド図である。 １・・・基板 ２・・・コレクタ層３・
・・コレクタバリア層 ４・・・ベース層５・・・エ
ミッタバリア層 ６・・・エミッタ層７・・・コレク
タ電極 ８・・・ベース電極９・・・エミッタ電
極 １０・・・伝導帯の底１１・・・コレクタ層
１２・・・コレクタバリア層１３・・・薄いベー
ス層１４・・・アンドープベース層１５・・・エミッタ
バリア層 １６・・・エミッタ層Ｅｆ’・・フェルミ準
位
バンド構造図、第３図は従来のＨＥＴの模式的断面図、
第４図はそのバンド図である。 １・・・基板 ２・・・コレクタ層３・
・・コレクタバリア層 ４・・・ベース層５・・・エ
ミッタバリア層 ６・・・エミッタ層７・・・コレク
タ電極 ８・・・ベース電極９・・・エミッタ電
極 １０・・・伝導帯の底１１・・・コレクタ層
１２・・・コレクタバリア層１３・・・薄いベー
ス層１４・・・アンドープベース層１５・・・エミッタ
バリア層 １６・・・エミッタ層Ｅｆ’・・フェルミ準
位
Claims (1)
- ｎ型の第１の半導体からなるエミッタ層と、該エミッ
タ層の伝導帯の底よりも高いエネルギーの伝導帯の底を
有し電子がトンネルできる厚さで低不純物濃度の第２の
半導体からなるエミッタバリア層と、該エミッタバリア
層の伝導帯の底よりも低いエネルギーの伝導帯の底を有
し低不純物濃度の第３の半導体からなるアンドープベー
ス層と、高濃度ｎ型の第３の半導体からなる薄いベース
層と、ベース層の伝導帯の底よりもエネルギーが高い伝
導帯の底を有する低不純物濃度の第４の半導体からなる
コレクタバリア層と、ｎ型の第５の半導体からなるコレ
クタ層とを積層した構造を有することを特徴とする半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072335A JPH01244662A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63072335A JPH01244662A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01244662A true JPH01244662A (ja) | 1989-09-29 |
Family
ID=13486318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63072335A Pending JPH01244662A (ja) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01244662A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007058144A1 (ja) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Tokyo Institute Of Technology | ホットエレクトロントランジスタ |
-
1988
- 1988-03-25 JP JP63072335A patent/JPH01244662A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007058144A1 (ja) * | 2005-11-18 | 2007-05-24 | Tokyo Institute Of Technology | ホットエレクトロントランジスタ |
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