JPH0337737B2 - - Google Patents
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- JPH0337737B2 JPH0337737B2 JP59109436A JP10943684A JPH0337737B2 JP H0337737 B2 JPH0337737 B2 JP H0337737B2 JP 59109436 A JP59109436 A JP 59109436A JP 10943684 A JP10943684 A JP 10943684A JP H0337737 B2 JPH0337737 B2 JP H0337737B2
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- JP
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- base
- emitter
- collector
- conductivity type
- potential barrier
- Prior art date
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- 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]
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、従来のものと全く異なる動作原理を
有し、超高速で動作可能なバイポーラ形式の半導
体装置（quantized base transistor：QBT）の
改良に関する。
有し、超高速で動作可能なバイポーラ形式の半導
体装置（quantized base transistor：QBT）の
改良に関する。
一般に、バイポーラ半導体装置の動作原理は良
く知られているが、次に、第２図を参照しつつ、
その概略を説明する。
く知られているが、次に、第２図を参照しつつ、
その概略を説明する。
第２図は従来のnpn型バイポーラ半導体装置が
熱平衡状態にある場合のエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムである。
熱平衡状態にある場合のエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラムである。
図に於いて、Ｅはエミツク、Ｂはベース、Ｃは
コレクタ、EFはフエルミ・レベル、EVは価電子
帯、ECは伝導帯、ｎ，ｐは導電型をそれぞれ示
している。
コレクタ、EFはフエルミ・レベル、EVは価電子
帯、ECは伝導帯、ｎ，ｐは導電型をそれぞれ示
している。
このようなバイポーラ半導体装置に於いて基本
とされる動作原理は次の通りである。
とされる動作原理は次の通りである。
今、エミツタＥとベースＢ間に順方向電圧を印
加すると、エミツタＥからベースＢに注入された
電子がベースＢ中を拡散等で走行してコレクタＣ
に到達することに依つて信号がエミツタＥからコ
レクタＣに伝達されたことになる。
加すると、エミツタＥからベースＢに注入された
電子がベースＢ中を拡散等で走行してコレクタＣ
に到達することに依つて信号がエミツタＥからコ
レクタＣに伝達されたことになる。
従つて、このバイポーラ半導体装置の動作速度
は、究極的には、電子が熱拡散でエミツタＥから
コレクタＣまで走行するのに要する時間、即ち、
熱拡散に依る走行時間で規制されていることにな
る。
は、究極的には、電子が熱拡散でエミツタＥから
コレクタＣまで走行するのに要する時間、即ち、
熱拡散に依る走行時間で規制されていることにな
る。
本発明者は、さきに、前記従来のバイポーラ半
導体装置の欠点を解消し、前記熱拡散に依る走行
時間で束縛されずに高速動作が可能であつて、必
要に応じて種々の特徴を持たせることができる半
導体装置としてQBTを提供した。
導体装置の欠点を解消し、前記熱拡散に依る走行
時間で束縛されずに高速動作が可能であつて、必
要に応じて種々の特徴を持たせることができる半
導体装置としてQBTを提供した。
そのQBTは、マイノリテイ・キヤリヤに対す
るサブ・バンドが生成され得るベースと、トンネ
ル効果を生じ得る程度の厚さを有するエミツタ・
ポテンシヤル・バリヤを介して前記ベースに接す
るエミツタと、トンネル効果を生じ得る程度の厚
さを有するコレクタ・ポテンシヤル・バリヤを介
して前記ベースに接するコレクタとを備え、前記
ベースにマイノリテイ・キヤリヤに対するサブ・
バンドが形成された際にエミツタからコレクタへ
該マイノリテイ・キヤリヤが共鳴トンネルで遷移
するような構成になつている。
るサブ・バンドが生成され得るベースと、トンネ
ル効果を生じ得る程度の厚さを有するエミツタ・
ポテンシヤル・バリヤを介して前記ベースに接す
るエミツタと、トンネル効果を生じ得る程度の厚
さを有するコレクタ・ポテンシヤル・バリヤを介
して前記ベースに接するコレクタとを備え、前記
ベースにマイノリテイ・キヤリヤに対するサブ・
バンドが形成された際にエミツタからコレクタへ
該マイノリテイ・キヤリヤが共鳴トンネルで遷移
するような構成になつている。
第３図はQBTの具体例を表す要部切断側面図
である。
である。
図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はコ
レクタ、３はコレクタ・ポテンシヤル・バリヤ、
４はベース、５はエミツタ・ポテンシヤル・バリ
ヤ、６はエミツタ、７は金・ゲルマニウム／金
（Au・Ge／Au）オーミツク性コレクタ電極、８
は金・亜鉛／金（Au・Zn／Au）オーミツク性ベ
ース電極、９はAu・Ge／Auオーミツク性エミ
ツタ電極をそれぞれ示している。尚、QBTを構
成する材料、例えば半導体、或いは、ドーパン
ト、ドーパント濃度等には種々のバリエーシヨン
が存在することは云うまでもない。
レクタ、３はコレクタ・ポテンシヤル・バリヤ、
４はベース、５はエミツタ・ポテンシヤル・バリ
ヤ、６はエミツタ、７は金・ゲルマニウム／金
（Au・Ge／Au）オーミツク性コレクタ電極、８
は金・亜鉛／金（Au・Zn／Au）オーミツク性ベ
ース電極、９はAu・Ge／Auオーミツク性エミ
ツタ電極をそれぞれ示している。尚、QBTを構
成する材料、例えば半導体、或いは、ドーパン
ト、ドーパント濃度等には種々のバリエーシヨン
が存在することは云うまでもない。
このような構成を有するQBTに於ける動作原
理は従来のバイポーラ半導体装置と全く異なつて
いる。
理は従来のバイポーラ半導体装置と全く異なつて
いる。
第４図はQBTが熱平衡状態になる場合のエネ
ルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第２図に関
して説明した部分と同部分は同記号で指示してあ
る。
ルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第２図に関
して説明した部分と同部分は同記号で指示してあ
る。
図に於いて、PBEはエミツタ・ポテンシヤル・
バリヤ、PBCはコレクタ・ポテンシヤル・バリ
ヤ、E1，E2…Eo…はサブ・バンド、LBはベース
Ｂの幅（厚み）、ＺはエミツタＥからコレクタＣ
へ向かう方向をそれぞれ示している。
バリヤ、PBCはコレクタ・ポテンシヤル・バリ
ヤ、E1，E2…Eo…はサブ・バンド、LBはベース
Ｂの幅（厚み）、ＺはエミツタＥからコレクタＣ
へ向かう方向をそれぞれ示している。
さて、エミツタ・ポテンシヤル・バリヤPBEと
コレクタ・ポテンシヤル・バリヤPBCとで挟まれ
たベースＢは実質的に２次元であり、そして、電
子（キヤリア）のＺ方向の運動が量子化される程
度に充分に薄く、例えば、50〔Å〕程度に設定さ
れるものとする。
コレクタ・ポテンシヤル・バリヤPBCとで挟まれ
たベースＢは実質的に２次元であり、そして、電
子（キヤリア）のＺ方向の運動が量子化される程
度に充分に薄く、例えば、50〔Å〕程度に設定さ
れるものとする。
このようにベースＢを薄く形成すると、ベース
Ｂはポテンシヤルの井戸のような状態になつてい
て、その中では、エミツタＥからコレクタＣへ向
かう電子、即ち、Ｚ方向に向かう電子は或る特定
のエネルギ準位しかとることができない状態が実
現される。即ち、前記量子化に伴つて、ベースＢ
にはサブ・バンドE1，E2…Eo…が形成される。
Ｂはポテンシヤルの井戸のような状態になつてい
て、その中では、エミツタＥからコレクタＣへ向
かう電子、即ち、Ｚ方向に向かう電子は或る特定
のエネルギ準位しかとることができない状態が実
現される。即ち、前記量子化に伴つて、ベースＢ
にはサブ・バンドE1，E2…Eo…が形成される。
サブ・バンドのエネルギ準位Eoは近似的には、
即ち、ポテンシヤル・バリヤを無限大とした場合
には、 Eo＝πζ2n2／2m*LB 2 ζ＝ｈ／2π ｈ：プランク定数 ｎ＝エネルギ量子数 m*＝電子の有効質量（effective mass） LB＝ベース幅 で与えられる。
即ち、ポテンシヤル・バリヤを無限大とした場合
には、 Eo＝πζ2n2／2m*LB 2 ζ＝ｈ／2π ｈ：プランク定数 ｎ＝エネルギ量子数 m*＝電子の有効質量（effective mass） LB＝ベース幅 で与えられる。
さて、このようなQBTに於いて、エミツタＥ
及びベースＢ間に順方向電圧を印加すると、その
場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムは第５図
に見られるように変化する。
及びベースＢ間に順方向電圧を印加すると、その
場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムは第５図
に見られるように変化する。
第５図では第４図に関して説明した部分と同部
分は同記号で指示してある。
分は同記号で指示してある。
図に於いて、VEBはエミツタ・ベース間電圧、
VCBはコレクタ・ベース間電圧、DBはドブロイ
（DeBloglie）波をそれぞれ示し、そして、エミ
ツタ・ポテンシヤル・バリヤPBE及びコレクタ・
ポテンシヤル・バリヤPBCそれぞれの厚さは電子
がトンネリング可能な程度に選択されている。
VCBはコレクタ・ベース間電圧、DBはドブロイ
（DeBloglie）波をそれぞれ示し、そして、エミ
ツタ・ポテンシヤル・バリヤPBE及びコレクタ・
ポテンシヤル・バリヤPBCそれぞれの厚さは電子
がトンネリング可能な程度に選択されている。
図示のように電圧が印加された場合に於いて、
例えば、エネルギ準位E1と同じエネルギを有す
る電子がエミツタＥからＺ方向に注入されると、
該電子はドブロイ波DBに見られるように透過率
１、即ち、完全透過でコレクタＣに到達する。
例えば、エネルギ準位E1と同じエネルギを有す
る電子がエミツタＥからＺ方向に注入されると、
該電子はドブロイ波DBに見られるように透過率
１、即ち、完全透過でコレクタＣに到達する。
この電子がエミツタＥからコレクタＣに到達す
る過程では、従来のような走行に依るものではな
く、トンネル効果で二つのポテンシヤル・バリヤ
を通り抜ける、所謂、共鳴トンネリング
（resonant tunneling）に依る遷移である為に極
めて高速である。
る過程では、従来のような走行に依るものではな
く、トンネル効果で二つのポテンシヤル・バリヤ
を通り抜ける、所謂、共鳴トンネリング
（resonant tunneling）に依る遷移である為に極
めて高速である。
このQBTをトランジスタ動作させる場合、エ
ミツタ・ベース間電圧VEBに依つてエネルギ・バ
ンドのアライメントを実現させるのみで良く、原
理的にはベース電流は動作に不可欠ではない。
ミツタ・ベース間電圧VEBに依つてエネルギ・バ
ンドのアライメントを実現させるのみで良く、原
理的にはベース電流は動作に不可欠ではない。
従つて、入力電圧は直流的には零であるが、エ
ミツタ・ベース間静電容量を充電する為の変位電
流は流れるので、これが回路を通して一定電流と
なり、オーミツク電流がエミツタ及びベース中を
流れ、それに依るジユール損で交流電力は発生す
ることになる。
ミツタ・ベース間静電容量を充電する為の変位電
流は流れるので、これが回路を通して一定電流と
なり、オーミツク電流がエミツタ及びベース中を
流れ、それに依るジユール損で交流電力は発生す
ることになる。
一般に、出力電力はコレクタ電流とコレクタ・
ベース間電圧VCBとの積であるから、このQBTは
増幅器としての機能を有しているものである。
ベース間電圧VCBとの積であるから、このQBTは
増幅器としての機能を有しているものである。
また、ベース・エミツタ間電圧VEBを増加させ
て、例えば、エネルギ準位E1及びE2の中間にエ
ミツタの伝導帯ECがアライメントされたような
場合には、電子の透過率は零、即ち、完全反射の
状態になり、コレクタ電流も零になる。
て、例えば、エネルギ準位E1及びE2の中間にエ
ミツタの伝導帯ECがアライメントされたような
場合には、電子の透過率は零、即ち、完全反射の
状態になり、コレクタ電流も零になる。
更に、ベース・エミツタ間電圧VEBを増加させ
て、例えば、エネルギ準位E2と伝導帯ECとがア
ライメントされると再び完全透過となり、コレク
タ電流が発生する。
て、例えば、エネルギ準位E2と伝導帯ECとがア
ライメントされると再び完全透過となり、コレク
タ電流が発生する。
このように、QBTは、その稀に見る高速性に
加え、従来の半導体装置にない強い非線型と多様
な機能を有するものである。
加え、従来の半導体装置にない強い非線型と多様
な機能を有するものである。
第６図は前記の点を更に明らかにする為、
QBTと従来のバイポーラ・トランジスタとの伝
達特性を比較して示す線図である。
QBTと従来のバイポーラ・トランジスタとの伝
達特性を比較して示す線図である。
図では、縦軸にコレクタ電流ICを、横軸にエミ
ツタ・ベース間電圧VEBをそれぞれ採つてあり、
ＡはQBTの、そして、Ｂは従来のバイポーラ・
トランジスタのそれぞれの特性線、V1及びV2は
伝導帯ECをそれぞれエネルギ準位E1及びE2にア
ライメントする為のエミツタ・ベース間電圧VEB
をそれぞれ示している。
ツタ・ベース間電圧VEBをそれぞれ採つてあり、
ＡはQBTの、そして、Ｂは従来のバイポーラ・
トランジスタのそれぞれの特性線、V1及びV2は
伝導帯ECをそれぞれエネルギ準位E1及びE2にア
ライメントする為のエミツタ・ベース間電圧VEB
をそれぞれ示している。
図から判るように、従来のバイポーラ・トラン
ジスタでは、エミツタ・ベース間電圧VEBに対し
てコレクタ電流ICは単調に増加するだけである
が、QBTでは、エミツタ・ベース間電圧VEBが
V1及びV2であるときのみ、パルス状のコレクタ
電流ICが発生し、このコレクタ電流ICはエミツ
タ・ベース間電圧VEBに対して極めて非線型性が
強い依存性を示す。この特徴的な伝達特性は、通
常のバイナリ論理回路のみならず、多値論理回路
などの高度の論理回路の実現に有効である。
ジスタでは、エミツタ・ベース間電圧VEBに対し
てコレクタ電流ICは単調に増加するだけである
が、QBTでは、エミツタ・ベース間電圧VEBが
V1及びV2であるときのみ、パルス状のコレクタ
電流ICが発生し、このコレクタ電流ICはエミツ
タ・ベース間電圧VEBに対して極めて非線型性が
強い依存性を示す。この特徴的な伝達特性は、通
常のバイナリ論理回路のみならず、多値論理回路
などの高度の論理回路の実現に有効である。
前記説明で判るように、既提供のQBTは従来
のバイポーラ・トランジスタに比較して多くの優
れた特質を有しているが、未だ改良されるべき点
が存在している。
のバイポーラ・トランジスタに比較して多くの優
れた特質を有しているが、未だ改良されるべき点
が存在している。
第７図はベースが高濃度で縮退しているQBT
が動作状態にある場合のエネルギ・バイド・ダイ
ヤグラムを表し、第５図に関して説明した部分と
同部分は同記号で指示してある。
が動作状態にある場合のエネルギ・バイド・ダイ
ヤグラムを表し、第５図に関して説明した部分と
同部分は同記号で指示してある。
この図に於いては、エミツタＥに於ける伝導帯
EC、即ち、伝導帯の底のエネルギがベースＢに
於ける基底サブ・バンドE1と一致した動作状態
が示されている。
EC、即ち、伝導帯の底のエネルギがベースＢに
於ける基底サブ・バンドE1と一致した動作状態
が示されている。
このとき、エミツタＥの価電子帯EV、即ち、
価電子帯の頂上のエネルギは、ベースＢの擬フエ
ルミ・レベルEF及び価電子帯EVより高エネルギ
となる為、エミツタＥに於ける価電子が矢印TN
で示すようにベースＢの価電子帯EVにトンネリ
ングする。この現象は、ベースＢ中の正孔がエミ
ツタＥに注入されることと同じことであり、
QBTの電流増幅率hFEを劣化させる最大の原因と
なつている。
価電子帯の頂上のエネルギは、ベースＢの擬フエ
ルミ・レベルEF及び価電子帯EVより高エネルギ
となる為、エミツタＥに於ける価電子が矢印TN
で示すようにベースＢの価電子帯EVにトンネリ
ングする。この現象は、ベースＢ中の正孔がエミ
ツタＥに注入されることと同じことであり、
QBTの電流増幅率hFEを劣化させる最大の原因と
なつている。
本発明は、QBTに於ける前記正孔のトンネリ
ングを抑制することに依つて電流増幅率を向上さ
せることが目的である。
ングを抑制することに依つて電流増幅率を向上さ
せることが目的である。
本発明の半導体装置に於いては、マイノリテ
イ・キヤリヤに対するサブ・バンド（例えばサ
ブ・バンドE1，E2…）が生成され得る一導電型
のベース（例えばｐ型ベースＢ）と、前記一導電
型のベースよりエネルギ・バンド・ギヤツプが大
であつてトンネル効果を生じ得る程度の厚さを有
するエミツタ・ポテンシヤル・バリヤ（例えばエ
ミツタ・ポテンシヤル・バリヤPBE）を介して前
記一導電型のベースに接し且つエネルギ・バン
ド・ギヤツプが前記一導電型のベースを構成する
半導体に於けるエネルギ・バンド・ギヤツプより
大である反対導電型のエミツタ（例えばｎ型エミ
ツタＥ）と、前記一導電型のベースよりエネル
ギ・バンド・ギヤツプが大であつてトンネル効果
を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・ポテン
シヤル・バリヤ（例えばコレクタ・ポテンシヤ
ル・バリヤPBC）を介して前記一導電型のベース
に接する反対導電型のコレクタ（例えばｎ型コレ
クタＣ）とを備え、前記一導電型のベースに生成
されたマイノリテイ・キヤリヤに対するサブ・バ
ンドを介して反対導電型のエミツタから反対導電
型のコレクタへ前記マイノリテイ・キヤリヤが共
鳴トンネリング遷移することを特徴とする構成に
なつている。
イ・キヤリヤに対するサブ・バンド（例えばサ
ブ・バンドE1，E2…）が生成され得る一導電型
のベース（例えばｐ型ベースＢ）と、前記一導電
型のベースよりエネルギ・バンド・ギヤツプが大
であつてトンネル効果を生じ得る程度の厚さを有
するエミツタ・ポテンシヤル・バリヤ（例えばエ
ミツタ・ポテンシヤル・バリヤPBE）を介して前
記一導電型のベースに接し且つエネルギ・バン
ド・ギヤツプが前記一導電型のベースを構成する
半導体に於けるエネルギ・バンド・ギヤツプより
大である反対導電型のエミツタ（例えばｎ型エミ
ツタＥ）と、前記一導電型のベースよりエネル
ギ・バンド・ギヤツプが大であつてトンネル効果
を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・ポテン
シヤル・バリヤ（例えばコレクタ・ポテンシヤ
ル・バリヤPBC）を介して前記一導電型のベース
に接する反対導電型のコレクタ（例えばｎ型コレ
クタＣ）とを備え、前記一導電型のベースに生成
されたマイノリテイ・キヤリヤに対するサブ・バ
ンドを介して反対導電型のエミツタから反対導電
型のコレクタへ前記マイノリテイ・キヤリヤが共
鳴トンネリング遷移することを特徴とする構成に
なつている。
前記構成を採ると、エミツタの価電子帯頂上の
エネルギがベースの擬フエルミ・レベル及び価電
子帯より低エネルギとなり、エミツタの価電子が
ベース中にトンネリングすることは禁止される。
エネルギがベースの擬フエルミ・レベル及び価電
子帯より低エネルギとなり、エミツタの価電子が
ベース中にトンネリングすることは禁止される。
その結果、ベース中の正孔がエミツタに注入さ
れることはなくなり、電流増幅率は向上する。
れることはなくなり、電流増幅率は向上する。
本発明に於ける半導体装置の具体的構造は第３
図に示した従来のQBTと同様であり、その材料
構成等の一例を示すと次の通りである。
図に示した従来のQBTと同様であり、その材料
構成等の一例を示すと次の通りである。
(1) エミツタ
半導体：Al0.1Ga0.9As
厚み：１〔μｍ〕
ドーパント濃度：１×1018〔cm-3〕
ドーパント：Si
(2) エミツタ・ポテンシヤル・バリヤ
半導体：Al0.4Ga0.6As
厚み：20〔Å〕
ドーパント濃度：−
ドーパント：−
(3) ベース
半導体：GaAs
厚み：50〔Å〕
ドーパント濃度：２×1019〔cm-3〕
ドーパント：Be
(4) コレクタ・ポテンシヤル・バリヤ
半導体：Al0.4Ga0.6As
厚み：20〔Å〕
ドーパント濃度：−
ドーパント：−
(5) コレクタ
半導体：GaAs
厚み：１〔μｍ〕
ドーパント濃度：２×1018〔cm-3〕
ドーパント：Si
この実施例を製造する場合に適用するプロセス
は従来から多用されている技術を用いて容易に実
施することが可能であるから、ここでは、その概
要を説明する。尚、構造及び各部の記号は第３図
を流用するものとする。
は従来から多用されている技術を用いて容易に実
施することが可能であるから、ここでは、その概
要を説明する。尚、構造及び各部の記号は第３図
を流用するものとする。
(a) 先ず、例えば分子線エピタキシヤル成長
（molecular beam epitaxy：MBE）法を適用
することに依り、半絶縁性GaAs基板１上にｎ
型GaAsコレクタ２、Al0.4Ga0.6Asコレクタ・
ポテンシヤル・バリヤ３、ｐ型GaAsベース
４、Al0.4Ga0.6Asエミツタ・ポテンシヤル・バ
リヤ５、ｎ型GaAsエミツタ６を前記の順に成
長させる。尚、ｎ型GaAsエミツタ６は、後に
エミツタ電極を合金化する為の熱処理をした際
に突き抜けを生じないように充分に厚く、例え
ば約１〔μｍ〕程度に形成してあるが、その不
純物濃度を充分に高くすれば、前記熱処理は不
要になるから、薄くすることも可能である。
（molecular beam epitaxy：MBE）法を適用
することに依り、半絶縁性GaAs基板１上にｎ
型GaAsコレクタ２、Al0.4Ga0.6Asコレクタ・
ポテンシヤル・バリヤ３、ｐ型GaAsベース
４、Al0.4Ga0.6Asエミツタ・ポテンシヤル・バ
リヤ５、ｎ型GaAsエミツタ６を前記の順に成
長させる。尚、ｎ型GaAsエミツタ６は、後に
エミツタ電極を合金化する為の熱処理をした際
に突き抜けを生じないように充分に厚く、例え
ば約１〔μｍ〕程度に形成してあるが、その不
純物濃度を充分に高くすれば、前記熱処理は不
要になるから、薄くすることも可能である。
(b) 例えば、フツ化水素酸（HF）系エツチング
液を用い、素子間分離の為のメサ・エツチング
を行う。
液を用い、素子間分離の為のメサ・エツチング
を行う。
このメサ・エツチングは半絶縁性GaAs基板
１に達するまで行う。
１に達するまで行う。
(c) ベース・パターンのフオト・レジスト膜（図
示せず）を形成し、そのフオト・レジスト膜を
マスクとしてフツ化水素酸系エツチング液を用
い、ｎ型GaAsコレクタ２に到達するまでメ
サ・エツチングを行い、コレクタ・ポテンシヤ
ル・バリヤ３、ベース４、エミツタ・ポテンシ
ヤル・バリヤ５、エミツタ６を選択的に除去す
る。
示せず）を形成し、そのフオト・レジスト膜を
マスクとしてフツ化水素酸系エツチング液を用
い、ｎ型GaAsコレクタ２に到達するまでメ
サ・エツチングを行い、コレクタ・ポテンシヤ
ル・バリヤ３、ベース４、エミツタ・ポテンシ
ヤル・バリヤ５、エミツタ６を選択的に除去す
る。
(d) エミツタ電極及びコレクタ電極の形成予定部
分に開口を有するフオト・レジスト膜（図示せ
ず）を形成する。
分に開口を有するフオト・レジスト膜（図示せ
ず）を形成する。
(e) 蒸着法を適用することに依り、Au・Ge／
Au膜を形成し、次いで、それをリフト・オフ
に依つてパターニングする為、前記フオト・レ
ジスト膜の溶解・除去を行い、その後、合金化
処理を行つてコレクタ電極及びエミツタ電極９
を形成する。
Au膜を形成し、次いで、それをリフト・オフ
に依つてパターニングする為、前記フオト・レ
ジスト膜の溶解・除去を行い、その後、合金化
処理を行つてコレクタ電極及びエミツタ電極９
を形成する。
(f) ベース電極８を形成する為のパターンを有す
るフオト・レジスタ膜（図示せず）を形成し、
CCl2F2系のエツチヤントを用いたドライ・エ
ツチング法を適用することに依り、エミツタ６
を選択的に除去する。
るフオト・レジスタ膜（図示せず）を形成し、
CCl2F2系のエツチヤントを用いたドライ・エ
ツチング法を適用することに依り、エミツタ６
を選択的に除去する。
(g) 蒸着法を適用することに依り、Au・Zn／Au
膜を形成し、次いで、それをリフト・オフに依
つてパターニングする為、前記工程ｆで形成し
たフオト・レジスト膜の溶解・除去を行い、そ
の後、合金化処理を行つてベース電極８を形成
し完成する。
膜を形成し、次いで、それをリフト・オフに依
つてパターニングする為、前記工程ｆで形成し
たフオト・レジスト膜の溶解・除去を行い、そ
の後、合金化処理を行つてベース電極８を形成
し完成する。
第１図は前記説明した工程を採つて製造された
本発明一実施例であるワイド・エネルギ・バン
ド・ギヤツプ・エミツタQBTが動作状態にある
場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、
第４図、第５図、第７図に関して説明した部分と
同部分は同記号で指示してある。
本発明一実施例であるワイド・エネルギ・バン
ド・ギヤツプ・エミツタQBTが動作状態にある
場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、
第４図、第５図、第７図に関して説明した部分と
同部分は同記号で指示してある。
図に於いて、EGEはエミツタＥに於けるエネル
ギ・バンド・ギヤツプ、EGBはベースＢに於ける
エネルギ・バンド・ギヤツプをそれぞれ示してい
る。
ギ・バンド・ギヤツプ、EGBはベースＢに於ける
エネルギ・バンド・ギヤツプをそれぞれ示してい
る。
図から理解できるように、エミツタＥに於ける
価電子帯EVがベースＢに於ける擬フエルミ・レ
ベルEF及び価電子帯EVより低エネルギであるか
らエミツタＥに於ける価電子がベースＢヘトンネ
リングすることはできず、従つて、ベースＢ中の
正孔がエミツタＥに注入されることもなく、無効
ベース電流は流れないから、従来のQBTに比較
して電流増幅率は約１桁向上し、3000乃至5000程
度になる。
価電子帯EVがベースＢに於ける擬フエルミ・レ
ベルEF及び価電子帯EVより低エネルギであるか
らエミツタＥに於ける価電子がベースＢヘトンネ
リングすることはできず、従つて、ベースＢ中の
正孔がエミツタＥに注入されることもなく、無効
ベース電流は流れないから、従来のQBTに比較
して電流増幅率は約１桁向上し、3000乃至5000程
度になる。
本発明の半導体装置に於いては、マイノリテ
イ・キヤリヤに対するサブ・バンドが生成され得
る一導電型のベースと、前記一導電型のベースよ
りエネルギ・バンド・ギヤツプが大であつてトン
ネル効果を生じ得る程度の厚さを有するエミツ
タ・ポテンシヤル・バリヤを介して前記一導電型
のベースに接し且つエネルギ・バンド・ギヤツプ
が前記一導電型のベースを構成する半導体に於け
るエネルギ・バンド・ギヤツプより大である反対
導電型のエミツタと、前記一導電型のベースより
エネルギ・バンド・ギヤツプが大であつてトンネ
ル効果を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・
ポテンシヤル・バリヤを介して前記一導電型のベ
ースに接する反対導電型のコレクタとを備え、前
記一導電型のベースに生成されたマイノリテイ・
キヤリヤに対するサブ・バンドを介して反対導電
型のエミツタから反対導電型のコレクタへ前記マ
イノリテイ・キヤリヤが共鳴トンネリング遷移す
ることを特徴とする構成になつている。
イ・キヤリヤに対するサブ・バンドが生成され得
る一導電型のベースと、前記一導電型のベースよ
りエネルギ・バンド・ギヤツプが大であつてトン
ネル効果を生じ得る程度の厚さを有するエミツ
タ・ポテンシヤル・バリヤを介して前記一導電型
のベースに接し且つエネルギ・バンド・ギヤツプ
が前記一導電型のベースを構成する半導体に於け
るエネルギ・バンド・ギヤツプより大である反対
導電型のエミツタと、前記一導電型のベースより
エネルギ・バンド・ギヤツプが大であつてトンネ
ル効果を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・
ポテンシヤル・バリヤを介して前記一導電型のベ
ースに接する反対導電型のコレクタとを備え、前
記一導電型のベースに生成されたマイノリテイ・
キヤリヤに対するサブ・バンドを介して反対導電
型のエミツタから反対導電型のコレクタへ前記マ
イノリテイ・キヤリヤが共鳴トンネリング遷移す
ることを特徴とする構成になつている。
このような構成を採ることに依り、エミツタに
於ける価電子帯に於ける頂上のエネルギは、ベー
スに於ける擬フエルミ・レベル及び価電子帯に於
ける頂上のエネルギよりも常に高い状態になり、
エミツタに於ける価電子がベースに於ける価電子
帯にトンネリングすることは不可能になる。従つ
て、ベースに於ける正孔がエミツタに注入される
現象はなくなり、無効ベース電流が流れることは
ない。
於ける価電子帯に於ける頂上のエネルギは、ベー
スに於ける擬フエルミ・レベル及び価電子帯に於
ける頂上のエネルギよりも常に高い状態になり、
エミツタに於ける価電子がベースに於ける価電子
帯にトンネリングすることは不可能になる。従つ
て、ベースに於ける正孔がエミツタに注入される
現象はなくなり、無効ベース電流が流れることは
ない。
その結果、QBTに於ける電流増幅率は向上さ
せることができ、また、QBT本来の高速性、非
線型性などの特徴もそのまま維持される。
せることができ、また、QBT本来の高速性、非
線型性などの特徴もそのまま維持される。
第１図は本発明一実施例が動作状態にある場合
のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第２図は従
来のnpn型バイポーラ半導体装置に於けるエネル
ギ・バンド・ダイヤグラム、第３図はQBTの要
部切断側面図、第４図はQBTが熱平衡状態にあ
る場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第５
図はQBTが動作状態にある場合のエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラム、第６図はQBTと従来の
npn型バイポーラ半導体装置との伝達特性を比較
して示した線図、第７図は従来のQBTに於ける
欠点を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラムをそれぞれ表している。 図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はコ
レクタ、３はコレクタ・ポテンシヤル・バリヤ、
４はベース、５はエミツタ・ポテンシヤル・バリ
ヤ、６はエミツタ、７はコレクタ電極、８はベー
ス電極、９はエミツタ電極、Ｅはエミツタ、Ｂは
ベース、Ｃはコレクタ、EFはフエルミ・レベル、
EVは価電子帯、ECは伝導帯、PBEはエミツタ・ポ
テンシヤル・バリヤ、PBCはコレクタ・ポテンシ
ヤル・バリヤ、E1，E2…はサブ・バンド、LBは
ベースＢの幅、ＺはエミツタＥからコレクタＣへ
向かう方向、VEBはエミツタ・ベース間電圧、
VCBはコレクタ・ベース間電圧、DBはドブロイ
波、EGEはエミツタに於けるエネルギ・バンド・
ギヤツプ、EGBはベースに於けるエネルギ・バン
ド・ギヤツプをそれぞれ示している。
のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第２図は従
来のnpn型バイポーラ半導体装置に於けるエネル
ギ・バンド・ダイヤグラム、第３図はQBTの要
部切断側面図、第４図はQBTが熱平衡状態にあ
る場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第５
図はQBTが動作状態にある場合のエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラム、第６図はQBTと従来の
npn型バイポーラ半導体装置との伝達特性を比較
して示した線図、第７図は従来のQBTに於ける
欠点を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラムをそれぞれ表している。 図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はコ
レクタ、３はコレクタ・ポテンシヤル・バリヤ、
４はベース、５はエミツタ・ポテンシヤル・バリ
ヤ、６はエミツタ、７はコレクタ電極、８はベー
ス電極、９はエミツタ電極、Ｅはエミツタ、Ｂは
ベース、Ｃはコレクタ、EFはフエルミ・レベル、
EVは価電子帯、ECは伝導帯、PBEはエミツタ・ポ
テンシヤル・バリヤ、PBCはコレクタ・ポテンシ
ヤル・バリヤ、E1，E2…はサブ・バンド、LBは
ベースＢの幅、ＺはエミツタＥからコレクタＣへ
向かう方向、VEBはエミツタ・ベース間電圧、
VCBはコレクタ・ベース間電圧、DBはドブロイ
波、EGEはエミツタに於けるエネルギ・バンド・
ギヤツプ、EGBはベースに於けるエネルギ・バン
ド・ギヤツプをそれぞれ示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ マイノリテイ・キヤリヤに対するサブ・バン
ドが生成され得る一導電型のベースと、 前記一導電型のベースよりエネルギ・バンド・
ギヤツプが大であつてトンネル効果を生じ得る程
度の厚さを有するエミツタ・ポテンシヤル・バリ
ヤを介して前記一導電型のベースに接し且つエネ
ルギ・バンド・ギヤツプが前記一導電型のベース
を構成する半導体に於けるエネルギ・バンド・ギ
ヤツプより大である反対導電型のエミツタと、 前記一導電型のベースよりエネルギ・バンド・
ギヤツプが大であつてトンネル効果を生じ得る程
度の厚さを有するコレクタ・ポテンシヤル・バリ
ヤを介して前記一導電型のベースに接する反対導
電型のコレクタとを備え、 前記一導電型のベースに生成されたマイノリテ
イ・キヤリヤに対するサブ・バンドを介して反対
導電型のエミツタから反対導電型のコレクタへ前
記マイノリテイ・キヤリヤが共鳴トンネリング遷
移すること を特徴とする半導体装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109436A JPS60254657A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体装置 |
| CA000478704A CA1237824A (en) | 1984-04-17 | 1985-04-10 | Resonant tunneling semiconductor device |
| EP85400744A EP0159273B1 (en) | 1984-04-17 | 1985-04-16 | Semiconductor device |
| DE8585400744T DE3583302D1 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-16 | Halbleiteranordnung. |
| KR1019850002594A KR900004466B1 (ko) | 1984-04-17 | 1985-04-17 | 반도체 장치 |
| US07/059,216 US4958201A (en) | 1984-04-17 | 1987-06-05 | Resonant tunneling minority carrier transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109436A JPS60254657A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60254657A JPS60254657A (ja) | 1985-12-16 |
| JPH0337737B2 true JPH0337737B2 (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=14510195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59109436A Granted JPS60254657A (ja) | 1984-04-17 | 1984-05-31 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60254657A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62229878A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-10-08 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
| JPH0834213B2 (ja) * | 1986-03-18 | 1996-03-29 | 富士通株式会社 | 共鳴トンネル半導体装置 |
| JPS6331165A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-09 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | 共鳴トンネリング半導体デバイス |
| JPH0795675B2 (ja) * | 1987-02-14 | 1995-10-11 | 富士通株式会社 | 比較回路 |
| JP2755233B2 (ja) * | 1995-10-27 | 1998-05-20 | 日本電気株式会社 | 高注入効率半導体接合 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51128268A (en) * | 1975-04-30 | 1976-11-09 | Sony Corp | Semiconductor unit |
| DE2607940A1 (de) * | 1976-02-27 | 1977-09-08 | Max Planck Gesellschaft | Mehrschichtiges halbleiterbauelement |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP59109436A patent/JPS60254657A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60254657A (ja) | 1985-12-16 |
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