JPH0376787B2 - - Google Patents
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- JPH0376787B2 JPH0376787B2 JP62249113A JP24911387A JPH0376787B2 JP H0376787 B2 JPH0376787 B2 JP H0376787B2 JP 62249113 A JP62249113 A JP 62249113A JP 24911387 A JP24911387 A JP 24911387A JP H0376787 B2 JPH0376787 B2 JP H0376787B2
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- Japan
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- gaas
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- gallium arsenide
- doped
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- Expired
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- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/60—Impurity distributions or concentrations
- H10D62/605—Planar doped, e.g. atomic-plane doped or delta-doped
-
- 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
〔概 要〕
半導体に不純物を多量ドーピングするとバンド
構造が影響を受ける。プレーナドーピング（PD）
と呼ばれる２次元的局所ドーピングによつて半導
体のバンド構造は２次元的に変調されてポテンシ
ヤルバリアが形成される。本発明では、の手法が
共鳴トンネリングホツトエレクトロントランジス
タ（RHET）の製作に有効に利用出来ることが
示された。即ち分子ビームエピタキシヤル成長法
（MBE法）によりエミツタバリアとして量子井戸
を、コレクタバリアとして一つのポテンシヤルバ
リアが形成された。 本発明のRHETは、AlGaAsを用いることなく
GaAsだけによる多層構成であり、良好な素子特
性が得られまた製造プロセスが単純化される。 〔産業上の利用分野〕 本発明は共鳴トンネリングホツトエレクトロン
トランジスタ（RHET）構造に関する。 RHETは最近に超格子構造を応用して生まれ
た新しいデバイスである。該デバイスは共鳴トン
ネリング効果を利用し、高いエネルギを持つホツ
トエレクトロンの動きを制御できるので、高速の
論理、記憶などの機能を持つことができる。 更にまた最少数のデバイスによりLSIを構成す
る回路起能を実現できるものとして期待されてい
る。 RHETは現在まだ研究開発途上にあり、結晶
材料、素子構造、回路設計の研究が活発に進めら
れている。 〔従来の技術〕 RHETは従来必ず化合物半導体のヘテロ接合
を有し、GaAs／AlGaAs、GaAs／InGaAsなど
はその例である。第３図は従来のRHETの構造
を示したものである。本例においては、半絶縁性
GaAs基板（S.I.GaAs）の上に例えば、MBE法
により順次n+−GaAsコレクタ層１１、AlGaAs
バリア層１２、ｎ−GaAsベース層１３を形成
し、更にAlGaAs層１４、GaAs層１５、
AlGaAs層１６の量子井戸層とn+−GaAsエミツ
タ層１７を形成する。 上記各層の諸元は例えば次の通りである。
構造が影響を受ける。プレーナドーピング（PD）
と呼ばれる２次元的局所ドーピングによつて半導
体のバンド構造は２次元的に変調されてポテンシ
ヤルバリアが形成される。本発明では、の手法が
共鳴トンネリングホツトエレクトロントランジス
タ（RHET）の製作に有効に利用出来ることが
示された。即ち分子ビームエピタキシヤル成長法
（MBE法）によりエミツタバリアとして量子井戸
を、コレクタバリアとして一つのポテンシヤルバ
リアが形成された。 本発明のRHETは、AlGaAsを用いることなく
GaAsだけによる多層構成であり、良好な素子特
性が得られまた製造プロセスが単純化される。 〔産業上の利用分野〕 本発明は共鳴トンネリングホツトエレクトロン
トランジスタ（RHET）構造に関する。 RHETは最近に超格子構造を応用して生まれ
た新しいデバイスである。該デバイスは共鳴トン
ネリング効果を利用し、高いエネルギを持つホツ
トエレクトロンの動きを制御できるので、高速の
論理、記憶などの機能を持つことができる。 更にまた最少数のデバイスによりLSIを構成す
る回路起能を実現できるものとして期待されてい
る。 RHETは現在まだ研究開発途上にあり、結晶
材料、素子構造、回路設計の研究が活発に進めら
れている。 〔従来の技術〕 RHETは従来必ず化合物半導体のヘテロ接合
を有し、GaAs／AlGaAs、GaAs／InGaAsなど
はその例である。第３図は従来のRHETの構造
を示したものである。本例においては、半絶縁性
GaAs基板（S.I.GaAs）の上に例えば、MBE法
により順次n+−GaAsコレクタ層１１、AlGaAs
バリア層１２、ｎ−GaAsベース層１３を形成
し、更にAlGaAs層１４、GaAs層１５、
AlGaAs層１６の量子井戸層とn+−GaAsエミツ
タ層１７を形成する。 上記各層の諸元は例えば次の通りである。
従来例からも明らかなように、RHETはGaAs
とAlGaAsとのヘテロ接合により構成される。従
つてデバイスプロセス及びエピタキシヤル成長プ
ロセスはヘテロ接合を含まない例えばGaAsのみ
からなるプロセスに比較して一般に複雑にならざ
るを得ない。 〔問題点を解決するための手段〕 このような問題点は、半絶縁性基板上にｎ型ガ
リウム砒素（GaAs）からなるコレクタ層、ベリ
リウム（Be）がプレーナドープされたガリウム
砒素からなるコレクタバリア層、ｎ型ガリウム砒
素からなるベース層、ベリリウムがプレーナドー
プされたガリウム砒素からなる第１の量子井戸バ
リア層、ガリウム砒素からなる量子井戸ウエル
層、ベリリウムがプレーナドープされたガリウム
砒素からなる第２の量子井戸バリア層、ｎ型ガリ
ウム砒素からなるエミツタ層が形成され、該第１
の量子井戸バリア層と量子井戸ウエル層と第２の
量子井戸バリア層が共鳴トンネリングバリア構成
となることを特徴とするRHETによつて解決さ
れる。 〔作 用〕 第２図は本発明によるプレーナドープRHET
のバンド構造図で特に伝導帯底（Ec）を示した
ものである。 プレーナドーピングと呼ばれるものは、MBE
法においてエピタキシヤル成長を一時停止させ、
その状態でドーパントのみを供給しその後再び成
長を開始する手法である。GaAsMBEの場合を
例にとれば、Gaビームの供給中断により成長を
中断し、As雰囲気のもとでｎ型ドーパントとし
てはシリコン（Si）、ｐ型ドーパントとしてはベ
リリウム（Be）を供給する。その後成長を再開
する。 GaAsへのプレーナドーピングではドーパント
の拡散は40Å以内に抑制され、面濃度は最高５×
1012cm-2まで可能である。 ｎ型GaAsにBeをプレーナドーピングすると伝
導帯底（Ec）に0.4eV程度の突起が生じこれがポ
テンシヤルバリアとなる。エミツタに二つのバリ
アで量子井戸を形成して第一共鳴準位（E0）を
0.2eV程度に設定することができる。このように
コレクタに一つのバリアを、エミツタに一つの量
子井戸を形成すれば、プレーナドープRHET構
造が出来上がる。 本発明における素子特性上の大きい改良はベー
ス抵抗の低減である。従来例は第３図に示される
ようにベース電極は、共鳴トンネリングバリア１
４，１５，１６上のｎ型GaAs１７を約50Å残し
てこの上に形成される。実験の結果によれば、
金・ゲルマニウム／金（200Å／2800Å）の金属
膜を、厚さが30ÅのノンドープAlGaAsと同じく
厚さが30ÅのノンドープGaAsに蒸着して、450
℃において１分間熱処理を行つた場合のコンタク
ト抵抗率は、前者が約2.0×10-5Ωcm2に対して後
者は2.0×10-6Ωcm2である。この結果からもわか
るようにGaAsのみによつて構成される本発明に
よるRHETのベース抵抗は従来例に比較して１
桁低減される。 〔実施例〕 第１図は本発明によるプレーナドープRHET
の断面構成模式図である。 半絶縁性GaAs基板（S.I.GaAs）の上にMBE
法によりまずn+−GaAsコレクタ層１を成長さ
せ、次ぎにノンドープGaAs層を150Åだけさせ
た後に、Beをプレーナドープしてまたノンドー
プGaAsを500Å成長させてコレクタバリア層２
を形成する。次いでn+−GaAsベース層３を成長
させて後量子井戸層４，５，６を形成する。即ち
GaAsバリア層４，６はいずれも厚さが100Åで、
半分の厚さの位置においてBeプレーナドープさ
れている。ノンドープGaAs層５は厚さが100Å
のウエル層である。 最後にn+−GaAsエミツタ層７を成長させてエ
ピタキシヤル層構造が完成される。 図中、プレーナドープ面の位置に点線によつて
示した。 エミツタ層７、ベース層３、コレクタ層１には
いずれも金・ゲルマニウム（200Å）／金（300
Å）（AuGe 上記各エピタキシヤル層の主要諸元をまとめて
次に示す。
とAlGaAsとのヘテロ接合により構成される。従
つてデバイスプロセス及びエピタキシヤル成長プ
ロセスはヘテロ接合を含まない例えばGaAsのみ
からなるプロセスに比較して一般に複雑にならざ
るを得ない。 〔問題点を解決するための手段〕 このような問題点は、半絶縁性基板上にｎ型ガ
リウム砒素（GaAs）からなるコレクタ層、ベリ
リウム（Be）がプレーナドープされたガリウム
砒素からなるコレクタバリア層、ｎ型ガリウム砒
素からなるベース層、ベリリウムがプレーナドー
プされたガリウム砒素からなる第１の量子井戸バ
リア層、ガリウム砒素からなる量子井戸ウエル
層、ベリリウムがプレーナドープされたガリウム
砒素からなる第２の量子井戸バリア層、ｎ型ガリ
ウム砒素からなるエミツタ層が形成され、該第１
の量子井戸バリア層と量子井戸ウエル層と第２の
量子井戸バリア層が共鳴トンネリングバリア構成
となることを特徴とするRHETによつて解決さ
れる。 〔作 用〕 第２図は本発明によるプレーナドープRHET
のバンド構造図で特に伝導帯底（Ec）を示した
ものである。 プレーナドーピングと呼ばれるものは、MBE
法においてエピタキシヤル成長を一時停止させ、
その状態でドーパントのみを供給しその後再び成
長を開始する手法である。GaAsMBEの場合を
例にとれば、Gaビームの供給中断により成長を
中断し、As雰囲気のもとでｎ型ドーパントとし
てはシリコン（Si）、ｐ型ドーパントとしてはベ
リリウム（Be）を供給する。その後成長を再開
する。 GaAsへのプレーナドーピングではドーパント
の拡散は40Å以内に抑制され、面濃度は最高５×
1012cm-2まで可能である。 ｎ型GaAsにBeをプレーナドーピングすると伝
導帯底（Ec）に0.4eV程度の突起が生じこれがポ
テンシヤルバリアとなる。エミツタに二つのバリ
アで量子井戸を形成して第一共鳴準位（E0）を
0.2eV程度に設定することができる。このように
コレクタに一つのバリアを、エミツタに一つの量
子井戸を形成すれば、プレーナドープRHET構
造が出来上がる。 本発明における素子特性上の大きい改良はベー
ス抵抗の低減である。従来例は第３図に示される
ようにベース電極は、共鳴トンネリングバリア１
４，１５，１６上のｎ型GaAs１７を約50Å残し
てこの上に形成される。実験の結果によれば、
金・ゲルマニウム／金（200Å／2800Å）の金属
膜を、厚さが30ÅのノンドープAlGaAsと同じく
厚さが30ÅのノンドープGaAsに蒸着して、450
℃において１分間熱処理を行つた場合のコンタク
ト抵抗率は、前者が約2.0×10-5Ωcm2に対して後
者は2.0×10-6Ωcm2である。この結果からもわか
るようにGaAsのみによつて構成される本発明に
よるRHETのベース抵抗は従来例に比較して１
桁低減される。 〔実施例〕 第１図は本発明によるプレーナドープRHET
の断面構成模式図である。 半絶縁性GaAs基板（S.I.GaAs）の上にMBE
法によりまずn+−GaAsコレクタ層１を成長さ
せ、次ぎにノンドープGaAs層を150Åだけさせ
た後に、Beをプレーナドープしてまたノンドー
プGaAsを500Å成長させてコレクタバリア層２
を形成する。次いでn+−GaAsベース層３を成長
させて後量子井戸層４，５，６を形成する。即ち
GaAsバリア層４，６はいずれも厚さが100Åで、
半分の厚さの位置においてBeプレーナドープさ
れている。ノンドープGaAs層５は厚さが100Å
のウエル層である。 最後にn+−GaAsエミツタ層７を成長させてエ
ピタキシヤル層構造が完成される。 図中、プレーナドープ面の位置に点線によつて
示した。 エミツタ層７、ベース層３、コレクタ層１には
いずれも金・ゲルマニウム（200Å）／金（300
Å）（AuGe 上記各エピタキシヤル層の主要諸元をまとめて
次に示す。
従来のRHETには必ず化合物半導体のヘテロ
接合が含まれる。このために該素子製造における
エピタキシヤル成長工程、デバイスプロセス工程
が複雑にならざるを得ない。 本発明によるRHETはヘテロ接合を一切利用
せずホモ接合のみで構成される故に、従来の素子
製造工程は簡素化され、従つて該素子の低コスト
化にも寄与するところ大である。 また素子のベース抵抗については、AlGaAsを
全く含まない本発明のFTETでは従来のRHET
に比べて10分の１に低減された。これは高速素子
としてのRHET開発における進歩である。
接合が含まれる。このために該素子製造における
エピタキシヤル成長工程、デバイスプロセス工程
が複雑にならざるを得ない。 本発明によるRHETはヘテロ接合を一切利用
せずホモ接合のみで構成される故に、従来の素子
製造工程は簡素化され、従つて該素子の低コスト
化にも寄与するところ大である。 また素子のベース抵抗については、AlGaAsを
全く含まない本発明のFTETでは従来のRHET
に比べて10分の１に低減された。これは高速素子
としてのRHET開発における進歩である。
第１図は本発明によるプレーナドープRHET
の断面構造模式図、第２図は本発明によるプレー
ナドープRHETのエネルギバンド構造図、第３
図は従来のRHETの断面構造模式図である。 図において、１はn+−GaAsコレクタ層、２は
GaAsコレクタバリア層、３はn+−GaAsベース
層、４，５，６はGaAs量子井戸層、７はn+−
GaAsエミツタ層である。
の断面構造模式図、第２図は本発明によるプレー
ナドープRHETのエネルギバンド構造図、第３
図は従来のRHETの断面構造模式図である。 図において、１はn+−GaAsコレクタ層、２は
GaAsコレクタバリア層、３はn+−GaAsベース
層、４，５，６はGaAs量子井戸層、７はn+−
GaAsエミツタ層である。
Claims (1)
- １ 半絶縁性基板上にｎ型ガリウム砒素
（GaAs）からなるコレクタ層、ベリリウム（Be）
がプレーナドープされたガリウム砒素からなるコ
レクタバリア層、ｎ型ガリウム砒素からなるベー
ス層、ベリリウムがプレーナドープされたガリウ
ム砒素からなる第１の量子井戸バリア層、ガリウ
ム砒素からなる量子井戸ウエル層、ベリリウムが
プレーナドープされたガリウム砒素からなる第２
の量子井戸バリア層、ｎ型ガリウム砒素からなる
エミツタ層が形成され、該第１の量子井戸バリア
層と量子井戸ウエル層と第２の量子井戸バリア層
が共鳴トンネリングバリア構成となることを特徴
とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62249113A JPH0193166A (ja) | 1987-10-03 | 1987-10-03 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62249113A JPH0193166A (ja) | 1987-10-03 | 1987-10-03 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0193166A JPH0193166A (ja) | 1989-04-12 |
| JPH0376787B2 true JPH0376787B2 (ja) | 1991-12-06 |
Family
ID=17188146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62249113A Granted JPH0193166A (ja) | 1987-10-03 | 1987-10-03 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0193166A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2731089B2 (ja) * | 1991-10-02 | 1998-03-25 | 三菱電機株式会社 | 高速動作半導体装置およびその製造方法 |
| US5278427A (en) * | 1993-02-04 | 1994-01-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Quantum collector hot-electron transistor |
-
1987
- 1987-10-03 JP JP62249113A patent/JPH0193166A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0193166A (ja) | 1989-04-12 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |