JPH0325026B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0325026B2 JPH0325026B2 JP60278012A JP27801285A JPH0325026B2 JP H0325026 B2 JPH0325026 B2 JP H0325026B2 JP 60278012 A JP60278012 A JP 60278012A JP 27801285 A JP27801285 A JP 27801285A JP H0325026 B2 JPH0325026 B2 JP H0325026B2
- Authority
- JP
- Japan
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- layer
- emitter
- base
- doped
- type gaas
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 24
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- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
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Classifications
-
- 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
〔産業上に利用分野〕
本発明はホツトエレクトロントランジスタ
（Hot Electron Transistor；HET）或いは
THETA（Tunneling Hot Electron Transfer
Amplifier）と呼ばれる新しく開発されつつある
半導体装置の改善に関する。 現在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進
歩を続けているが、更にこれを飛躍させるため
に、従来のトランジスタとは異なれ動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。 前記HETはこの様な新しい動作原理に基づく
半導体装置であるが、期待される増幅率などの特
性の実現が強く要望されている。 〔従来の技術〕 HETは第２図ａのポテンシヤル図に示す如く、
エミツタ、ベース、コレクタの３領域と、エミツ
タ・ベース間及びベース・コレクタ間にそれぞれ
ポテンシヤルバリア領域とを備えている。この装
置に例えば温度77Kにおいて、エミツタをベース
に対して負の電位とするバイアス電圧VBEを加え
たとき、電子がエミツタ−ベース間のバリアφE
をトンネル効果により突き抜けてベース領域に入
る。 この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、エミツタ・ベース間の電位差VBEによつてベ
ース領域においては伝導帯端に対してほぼeVBE
だけ高いエネルギー準位にある。電子はこのエネ
ルギーによりホツトエレクトロン状態でコレクタ
に向かつて進み、電子相互間、電子−格子間及び
電子−不純物原子間の衝突を総合したこの方向
（図のＸ方向）の平均自由行程をleとするとき、
長さdBのベース領域をホツトエレクトロンが通過
する確立はexp（−dB／le）である。 この過程でホツトエレクトロンのエネルギーが
低減するが、その分布の中心値をeVBE−ΔE、幅
を2δとして、eVBE−ΔE−δがベース領域に対す
る前記コレクタ側のバリア高さφCより大である
ときは、エミツタ電流IEの大部分はコレクタ側の
バリアφCを越えてコレクタに到達する。 従つて、この半導体装置の動作時間、ベース接
地電流増幅率α＝IC／IE（ICはコレクタ層電流）な
どの特性は、ホツトエレクトロンのエネルギーに
大きく支配される。 このHETを半導体装置として具体化した従来
例の模式側断面図を第２図ｂに示す。同図におい
て、２１はｎ型砒化ガリウム（GaAs）基板、２
２はｎ型GaAsコレクタ層、２３は砒化アルミニ
ウムガリウム（AlGaAs）バリア層、２４はｎ型
GaAsベース層、２６はAlGaAsバリア層、２７
はｎ型GaAsエミツタ層、２８はコレクタ電極、
２９はベース電極、３０はエミツタ電極である。 本従来例の半導体装置のコレクタ層２２乃至エ
ミツタ層２７は例えば下記例の如く構成されてい
る。
（Hot Electron Transistor；HET）或いは
THETA（Tunneling Hot Electron Transfer
Amplifier）と呼ばれる新しく開発されつつある
半導体装置の改善に関する。 現在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進
歩を続けているが、更にこれを飛躍させるため
に、従来のトランジスタとは異なれ動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。 前記HETはこの様な新しい動作原理に基づく
半導体装置であるが、期待される増幅率などの特
性の実現が強く要望されている。 〔従来の技術〕 HETは第２図ａのポテンシヤル図に示す如く、
エミツタ、ベース、コレクタの３領域と、エミツ
タ・ベース間及びベース・コレクタ間にそれぞれ
ポテンシヤルバリア領域とを備えている。この装
置に例えば温度77Kにおいて、エミツタをベース
に対して負の電位とするバイアス電圧VBEを加え
たとき、電子がエミツタ−ベース間のバリアφE
をトンネル効果により突き抜けてベース領域に入
る。 この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、エミツタ・ベース間の電位差VBEによつてベ
ース領域においては伝導帯端に対してほぼeVBE
だけ高いエネルギー準位にある。電子はこのエネ
ルギーによりホツトエレクトロン状態でコレクタ
に向かつて進み、電子相互間、電子−格子間及び
電子−不純物原子間の衝突を総合したこの方向
（図のＸ方向）の平均自由行程をleとするとき、
長さdBのベース領域をホツトエレクトロンが通過
する確立はexp（−dB／le）である。 この過程でホツトエレクトロンのエネルギーが
低減するが、その分布の中心値をeVBE−ΔE、幅
を2δとして、eVBE−ΔE−δがベース領域に対す
る前記コレクタ側のバリア高さφCより大である
ときは、エミツタ電流IEの大部分はコレクタ側の
バリアφCを越えてコレクタに到達する。 従つて、この半導体装置の動作時間、ベース接
地電流増幅率α＝IC／IE（ICはコレクタ層電流）な
どの特性は、ホツトエレクトロンのエネルギーに
大きく支配される。 このHETを半導体装置として具体化した従来
例の模式側断面図を第２図ｂに示す。同図におい
て、２１はｎ型砒化ガリウム（GaAs）基板、２
２はｎ型GaAsコレクタ層、２３は砒化アルミニ
ウムガリウム（AlGaAs）バリア層、２４はｎ型
GaAsベース層、２６はAlGaAsバリア層、２７
はｎ型GaAsエミツタ層、２８はコレクタ電極、
２９はベース電極、３０はエミツタ電極である。 本従来例の半導体装置のコレクタ層２２乃至エ
ミツタ層２７は例えば下記例の如く構成されてい
る。
AlXGa1-XAs層では族のGa原子とAl原子とが
ランダムに配置しているために深い準位が形成さ
れており、これを通過しようとする電子が散乱さ
れたりトラツプされたりする。従つて前記従来例
のバリア層２６をトンネルしてベース層２４に到
達する電子のエネルギー分布がエミツタ層２７の
フエルミ準位EFEより低下し、或いは数が減少す
る傾向が避けられず、AlGaAs層が一厚くなるに
従つてこの影響が大きくなる。 前記従来例ではエミツタ層・ベース間のバリア
層２６をAl0.3Ga0.7Asとしているが、この場合に
GaAsエミツタ層２７に対するバリア高さφEは
0.22eV程度であり、先に述べた如くバイアス電
圧VBEを0.3V程度とすれば、第２図ａと同様に、
バリア層２６の伝導帯下端のエネルギー準位はベ
ース層２４との界面近傍でエミツタ層２７のフエ
ルミ準位EFE以下となり、ポテンシヤルバリアと
しては作用しない領域が形成される。この領域に
おいても深い準位による前記散乱或いはトラツプ
は免れず、HETの特性を向上する際の問題点と
なる。 例えばバイアス電圧VBE＝0.30Vに対して、バ
リア層２６のAlの組成比をＸ≒0.40に高めればバ
リア層高さφE≒0.30eVとなり、バリア層２６で
エミツタ層２７のフエルミ準位EFEより低い準位
となる領域をなすことが出来るが、バリア層２６
のAlの組成比Ｘを増加すれば前記深い準位が増
加するために目的が達成されない。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、ｎ型GaAs基板１上に、シリコ
ンをドープしたｎ型GaAsコレクタ層２と、ノン
ドープのAl0.3Ga0.7As第１バリア層３と、シリコ
ンをドープしたｎ型GaAsベース層４と、ノンド
ープのGaAs層５の、ノンドープのAl0.3Ga0.7As
第２バリア層６と、シリコンをドープしたｎ型
GaAsエミツタ層７とが順次積層成長され、金ゲ
ルマニウム／金からなり該基板１の裏面に接する
コレクタ電極８、該ベース層４に接するベース電
極９及び該エミツタ層７に接するエミツタ電極１
０を備えてなる本発明によるホツトエレクトロン
トラジスタにより解決される。 〔作用〕 本発明によれば第１図ａのポテンシヤル図に示
す如く、エミツタ側のAl0.3Ga0.7Asバリア層６と
GaAsベース層４間にノンドープのGaAs層５を
設けて、エミツタバイアスVBEによるポテンシヤ
ル勾配をAl0.3Ga0.7Asバリア層６とのこのGaAs
層５とで分担する。なおこの２層の厚さは、高エ
ネルギーのホツトエレクトロンが得られる所定の
エミツタバイアスVBEが印加されたとき、Al0.3
Ga0.7Asバリア層６の伝導帯下端が、このノンド
ープのGaAs層５との界面近傍でエミツタ層７の
フエルミ準位EFEに等しくなる様に通常配分する。 この構造によりエミツタ層７からバリア層６を
トンネルしてベース層４に入る電子が、前記従来
例の如くバリアの効果を有しないAlGaAs層を通
過することが無くなり、AlGaAs層内の準位によ
る電子への影響が最小限に抑制される。 〔実施例〕 以下本発明を第１図ｂに模式側断面図を示す実
施例により具体的に説明する。 本実施例では、不純物濃度が例えば２×1018cm
-3程度のｎ型GaAs基板１上に、分子線エピタキ
シヤル成長方法（MBE）等により、ｎ型GaAs
コレクタ層２、AlGaAsバリア層３、ｎ型GaAs
ベース層４、本発明によるGaAs層５、AlGaAs
バリア層６及びｎ型GaAsエミツタ層７が下記例
の様に順次エピタキシヤル成長されている。
ランダムに配置しているために深い準位が形成さ
れており、これを通過しようとする電子が散乱さ
れたりトラツプされたりする。従つて前記従来例
のバリア層２６をトンネルしてベース層２４に到
達する電子のエネルギー分布がエミツタ層２７の
フエルミ準位EFEより低下し、或いは数が減少す
る傾向が避けられず、AlGaAs層が一厚くなるに
従つてこの影響が大きくなる。 前記従来例ではエミツタ層・ベース間のバリア
層２６をAl0.3Ga0.7Asとしているが、この場合に
GaAsエミツタ層２７に対するバリア高さφEは
0.22eV程度であり、先に述べた如くバイアス電
圧VBEを0.3V程度とすれば、第２図ａと同様に、
バリア層２６の伝導帯下端のエネルギー準位はベ
ース層２４との界面近傍でエミツタ層２７のフエ
ルミ準位EFE以下となり、ポテンシヤルバリアと
しては作用しない領域が形成される。この領域に
おいても深い準位による前記散乱或いはトラツプ
は免れず、HETの特性を向上する際の問題点と
なる。 例えばバイアス電圧VBE＝0.30Vに対して、バ
リア層２６のAlの組成比をＸ≒0.40に高めればバ
リア層高さφE≒0.30eVとなり、バリア層２６で
エミツタ層２７のフエルミ準位EFEより低い準位
となる領域をなすことが出来るが、バリア層２６
のAlの組成比Ｘを増加すれば前記深い準位が増
加するために目的が達成されない。 〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、ｎ型GaAs基板１上に、シリコ
ンをドープしたｎ型GaAsコレクタ層２と、ノン
ドープのAl0.3Ga0.7As第１バリア層３と、シリコ
ンをドープしたｎ型GaAsベース層４と、ノンド
ープのGaAs層５の、ノンドープのAl0.3Ga0.7As
第２バリア層６と、シリコンをドープしたｎ型
GaAsエミツタ層７とが順次積層成長され、金ゲ
ルマニウム／金からなり該基板１の裏面に接する
コレクタ電極８、該ベース層４に接するベース電
極９及び該エミツタ層７に接するエミツタ電極１
０を備えてなる本発明によるホツトエレクトロン
トラジスタにより解決される。 〔作用〕 本発明によれば第１図ａのポテンシヤル図に示
す如く、エミツタ側のAl0.3Ga0.7Asバリア層６と
GaAsベース層４間にノンドープのGaAs層５を
設けて、エミツタバイアスVBEによるポテンシヤ
ル勾配をAl0.3Ga0.7Asバリア層６とのこのGaAs
層５とで分担する。なおこの２層の厚さは、高エ
ネルギーのホツトエレクトロンが得られる所定の
エミツタバイアスVBEが印加されたとき、Al0.3
Ga0.7Asバリア層６の伝導帯下端が、このノンド
ープのGaAs層５との界面近傍でエミツタ層７の
フエルミ準位EFEに等しくなる様に通常配分する。 この構造によりエミツタ層７からバリア層６を
トンネルしてベース層４に入る電子が、前記従来
例の如くバリアの効果を有しないAlGaAs層を通
過することが無くなり、AlGaAs層内の準位によ
る電子への影響が最小限に抑制される。 〔実施例〕 以下本発明を第１図ｂに模式側断面図を示す実
施例により具体的に説明する。 本実施例では、不純物濃度が例えば２×1018cm
-3程度のｎ型GaAs基板１上に、分子線エピタキ
シヤル成長方法（MBE）等により、ｎ型GaAs
コレクタ層２、AlGaAsバリア層３、ｎ型GaAs
ベース層４、本発明によるGaAs層５、AlGaAs
バリア層６及びｎ型GaAsエミツタ層７が下記例
の様に順次エピタキシヤル成長されている。
以上説明した如く本発明によれば、ベース領域
に注入されるホツトエレクトロンのエネルギー準
位及びトンネリング確認が増大し、HETの電流
増幅率の向上などの特性改善が実現され、その開
発が大きく前進する効果が得られる
に注入されるホツトエレクトロンのエネルギー準
位及びトンネリング確認が増大し、HETの電流
増幅率の向上などの特性改善が実現され、その開
発が大きく前進する効果が得られる
第１図ａは本発明によるホツトエレクトロント
ランジスタのポテンシヤル図、第１図ｂは本発明
の実施例を示す模式側断面図、第２図ａは従来の
ホツトエレクトロントランジスタのポテンシヤル
図、第２図ｂは従来例を示す模式側断面図であ
る。 図において、１はｎ型GaAs基板、２はｎ型
GaAsコレクタ層、３はAlGaAsバリア層、４は
ｎ型GaAsベース層、５は本発明によるノンドー
プのGaAs層、６はAlGaAsバリア層、７はｎ型
GaAsエミツタ層、８はコレクタ電極、９はベー
ス電極、１０はエミツタ電極を示す。
ランジスタのポテンシヤル図、第１図ｂは本発明
の実施例を示す模式側断面図、第２図ａは従来の
ホツトエレクトロントランジスタのポテンシヤル
図、第２図ｂは従来例を示す模式側断面図であ
る。 図において、１はｎ型GaAs基板、２はｎ型
GaAsコレクタ層、３はAlGaAsバリア層、４は
ｎ型GaAsベース層、５は本発明によるノンドー
プのGaAs層、６はAlGaAsバリア層、７はｎ型
GaAsエミツタ層、８はコレクタ電極、９はベー
ス電極、１０はエミツタ電極を示す。
Claims (1)
- １ ｎ型GaAs基板１上に、シリコンをドープし
たｎ型GaAsコレクタ層２と、ノンドープのAl0.3
Ga0.7As第１バリア層３と、シリコンをドープし
たｎ型GaAsベース層４と、ノンドープのGaAs
層５と、ノンドープのAl0.3Ga0.7As第２バリア層
６と、シリコンをドープしたｎ型GaAsエミツタ
層７とが順次積層成長され、金ゲルマニウム／金
からなり該基板１の裏面に接するコレクタ電極
８、該ベース層４に接するベース電極９及び該エ
ミツタ層７に接するエミツタ電極１０を備えてな
ることを特徴とするホツトエレクトロントランジ
スタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60278012A JPS62137867A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | ホツトエレクトロントランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60278012A JPS62137867A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | ホツトエレクトロントランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62137867A JPS62137867A (ja) | 1987-06-20 |
| JPH0325026B2 true JPH0325026B2 (ja) | 1991-04-04 |
Family
ID=17591408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60278012A Granted JPS62137867A (ja) | 1985-12-12 | 1985-12-12 | ホツトエレクトロントランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62137867A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1007479B (zh) * | 1986-08-21 | 1990-04-04 | 朱恩均 | 动能调制热电子晶体管 |
-
1985
- 1985-12-12 JP JP60278012A patent/JPS62137867A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62137867A (ja) | 1987-06-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |