JPH0422343B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0422343B2 JPH0422343B2 JP60144329A JP14432985A JPH0422343B2 JP H0422343 B2 JPH0422343 B2 JP H0422343B2 JP 60144329 A JP60144329 A JP 60144329A JP 14432985 A JP14432985 A JP 14432985A JP H0422343 B2 JPH0422343 B2 JP H0422343B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- base
- electrode
- emitter
- collector
- Prior art date
- 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 - Lifetime
Links
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
- H10D62/40—Crystalline structures
- H10D62/405—Orientations of crystalline planes
-
- 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〕
この発明は、例えばホツトエレクトロントラン
ジスタ素子を備えた半導体装置において、 ホツトエレクトロントランジスタ素子のベース
電流のベース領域内の方向を選択された晶帯軸方
向に設定することにより、 ベース抵抗値を低く安定するようにするもので
ある。 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に最近開発されつつあ
る、ホツトエレクトロントランジスタ（HET；
Hot Electron Transistor）或いはTHETA
（Tunneling Hot Electron Transfer
Amplifier）と呼ばれる半導体装置の改良に関す
る。 化合物半導体のヘテロ接合構造を用いて、半導
体装置の性能を更に向上する研究が進められてい
るが、従来のトランジスタとは異なる動作原理に
基づくこのHETについては、薄くて低抵抗のベ
ース領域の実現が重要なテーマとなつている。 〔従来の技術〕 HETは例えば第２図の模式側断面図に示す如
き構造を有する。 同図において、１は半絶縁性砒化ガリウム
（GaAs）基板、２はn+型GaAsコレクタ層、３は
砒化アルミニウムガリウム（AlGaAs）バリア
層、４はn+型GaAsベース層、５はAlGaAsバリ
ア層、６Ｅはn+型GaAsエミツタ層、６BCはn+
型GaAsベースコンタクト層、７はコレクタ電
極、８はベース電極、９はエミツタ電極、１０は
絶縁膜である。 本従来例において、コレクタ層２はGaAs基板
１にイオン注入法等により選択的に不純物濃度例
えば１×1019cm-3程度に形成され、AlGaAsバリ
ア層３乃至エミツタ層６Ｅ及びベースコンタクト
層６BCは分子線エピタキシヤル成長方法により、
例えば下記例の如く形成されている。
ジスタ素子を備えた半導体装置において、 ホツトエレクトロントランジスタ素子のベース
電流のベース領域内の方向を選択された晶帯軸方
向に設定することにより、 ベース抵抗値を低く安定するようにするもので
ある。 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置、特に最近開発されつつあ
る、ホツトエレクトロントランジスタ（HET；
Hot Electron Transistor）或いはTHETA
（Tunneling Hot Electron Transfer
Amplifier）と呼ばれる半導体装置の改良に関す
る。 化合物半導体のヘテロ接合構造を用いて、半導
体装置の性能を更に向上する研究が進められてい
るが、従来のトランジスタとは異なる動作原理に
基づくこのHETについては、薄くて低抵抗のベ
ース領域の実現が重要なテーマとなつている。 〔従来の技術〕 HETは例えば第２図の模式側断面図に示す如
き構造を有する。 同図において、１は半絶縁性砒化ガリウム
（GaAs）基板、２はn+型GaAsコレクタ層、３は
砒化アルミニウムガリウム（AlGaAs）バリア
層、４はn+型GaAsベース層、５はAlGaAsバリ
ア層、６Ｅはn+型GaAsエミツタ層、６BCはn+
型GaAsベースコンタクト層、７はコレクタ電
極、８はベース電極、９はエミツタ電極、１０は
絶縁膜である。 本従来例において、コレクタ層２はGaAs基板
１にイオン注入法等により選択的に不純物濃度例
えば１×1019cm-3程度に形成され、AlGaAsバリ
ア層３乃至エミツタ層６Ｅ及びベースコンタクト
層６BCは分子線エピタキシヤル成長方法により、
例えば下記例の如く形成されている。
本従来例はエミツタ接地直流電流増幅率hFEを
増大する目的で、ベース層４の厚さを10〜20nｍ
としている。この様にベース層４を薄くすればベ
ース抵抗が高くなり、最大発振周波数fnax、遅延
時間τd等の高周波特性が劣化するために、ベース
抵抗をできるだけ低減する目的でベース層４の不
純物濃度を１×1019cm-3程度と限界まで高めてい
るが、HETに期待される特性をより良く実現す
るために、最低のベース抵抗を再現性良く実現す
る手段の確立が要望されている。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点は本発明により、−Ｖ族化合物半
導体基板面上に形成されたエミツタ層及びコレク
タ層と、エミツタ層とコレクタ層の間に形成され
たｎ型ベース層と、エミツタ層、コレクタ層及び
ベース層に対しそれぞれ電気的に接続されたエミ
ツタ電極、コレクタ電極及びベース電極を有し、
ベース層上にベース電極に接してベース層に応力
を与えベース層内に圧電分極を生じさせる絶縁膜
が形成される構成において、ベース電流が流れる
方向におけるベース層の結晶軸は、半導体基板面
の結晶軸方向及び絶縁膜材料に関係してベース領
域に生ずる圧電分極により電気抵抗が最小となる
結晶軸方向に選ばれていることを特徴とする半導
体装置によつて解決される。 その代表的な実施態様としては、前記ホツトエ
レクトロントランジスタ素子が前記化合物半導体
基板の（100）面上に形成されている場合に、前
記絶縁膜を二酸化シリコンで形成するならば、前
記ベース電流のベース領域内の方向を＜011＞方
向に設定し、また前記絶縁膜を窒化シリコンで形
成するならば、前記ベース電流のベース領域内の
方向を＜01１＞方向に設定する。 〔作用〕 本発明においては−Ｖ族化合物半導体基体に
絶縁膜を被着したときの圧電分極効果を積極的に
利用し、電気抵抗が最小となる晶帯軸方向にベー
ス電流を通ずることにより、ベース抵抗を低減す
る効果を得ている。 この圧電分極効果は例えば下記文献等で、主と
してシヨツトキ接合形電界効果トランジスタにつ
いて注目されている現象である。半導体基体に接
して設けられた絶縁膜、電極などが半導体基体に
及ぼす応力によつて化合物半導体基体に圧電分極
を生ずるが、この圧電分極は半導体基体、絶縁
膜、電極などの相対的関係により定まる固有の方
向性を示し、半導体基体の電気抵抗値は晶帯軸向
に関係することとなる。 具体的な例を挙げればGaAs半導体基体の
（100）面上で、絶縁膜が二酸化シリコン（SiO2）
である場合と窒化シリコン（SiN4）である場合
では応力の方向従つて分極の極性が反対となり、
使用する絶縁膜により、ベース電流方向として選
択すべき電気抵抗が最小となる晶帯軸方向は、＜
011＞方向或いは＜01１＞方向となる。なおこの
効果の程度は絶縁膜の厚さに関係し、一般に厚さ
が大きくなれば効果が顕著となる。 「砒化ガリウム電界効果トランジスタにおける
圧電分極効果と方向に依存する装置特性における
その役割」（“Piezoelectric Effects in GaAs
FET′s and Their Role in Orientation−
Dependent Device Characteristics”IEEE
Transactions on Electron Devices、Vol.ED−
31、No.10、Oct.1984 pp.1377−1380） 〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図は本発明による実施例の模式平面図であ
る。なおその側断面図は先に説明した第２図と同
様であり、１は半絶縁性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AlGaAsバリア層、６
Ｅはn+型GaAsエミツタ層、６BCはn+型GaAsベ
ースコンタクト層、７はコレクタ電極、８はベー
ス電極、９はエミツタ電極、１０は絶縁膜であ
る。 本実施例の半導体基体の各半導体層は前記例と
同様であるが、これらはGaAs基板１の（100）
面上に形成されている。 本実施例では絶縁膜にSiO2を使用することと
し、第１図に示す如く、エミツタ電極９からベー
ス電極８に向かう方向を＜011＞方向に設定して
いる。なおコレクタ電極７は図示の如く、エミツ
タ電極９に関してベース電極８とほぼ対象的に配
置される。 なおこれらの電極の構造は前記例と同様に、コ
レクタ電極７及びベース電極８は例えば厚さ20n
ｍのAuGe層と厚さ280nｍのAu層を積層した構
造とし、エミツタ電極９は例えば厚さ20nｍの
AuGe層、厚さ100nｍのAu層と厚さ300nｍの
WSi層を積層した構造として合金化の深さを制御
している。 また絶縁膜１０は先に述べた如くSiO2を用い、
例えば化学気相成長方法によつて厚さ400nｍ以
上に被着している。 本実施例のベース抵抗は電気抵抗が最大となる
直交する方向の約1/2となり、最大発振周波数は
約1.4倍となつている。 〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、再現性良く
ベース抵抗の最低値を実現することが可能とな
り、かつ製造プロセス上の負担増加を伴わない。 これによつてHETに期待される高速度動作の
実現を大きく推進する効果が得られる
増大する目的で、ベース層４の厚さを10〜20nｍ
としている。この様にベース層４を薄くすればベ
ース抵抗が高くなり、最大発振周波数fnax、遅延
時間τd等の高周波特性が劣化するために、ベース
抵抗をできるだけ低減する目的でベース層４の不
純物濃度を１×1019cm-3程度と限界まで高めてい
るが、HETに期待される特性をより良く実現す
るために、最低のベース抵抗を再現性良く実現す
る手段の確立が要望されている。 〔問題点を解決するための手段〕 上記問題点は本発明により、−Ｖ族化合物半
導体基板面上に形成されたエミツタ層及びコレク
タ層と、エミツタ層とコレクタ層の間に形成され
たｎ型ベース層と、エミツタ層、コレクタ層及び
ベース層に対しそれぞれ電気的に接続されたエミ
ツタ電極、コレクタ電極及びベース電極を有し、
ベース層上にベース電極に接してベース層に応力
を与えベース層内に圧電分極を生じさせる絶縁膜
が形成される構成において、ベース電流が流れる
方向におけるベース層の結晶軸は、半導体基板面
の結晶軸方向及び絶縁膜材料に関係してベース領
域に生ずる圧電分極により電気抵抗が最小となる
結晶軸方向に選ばれていることを特徴とする半導
体装置によつて解決される。 その代表的な実施態様としては、前記ホツトエ
レクトロントランジスタ素子が前記化合物半導体
基板の（100）面上に形成されている場合に、前
記絶縁膜を二酸化シリコンで形成するならば、前
記ベース電流のベース領域内の方向を＜011＞方
向に設定し、また前記絶縁膜を窒化シリコンで形
成するならば、前記ベース電流のベース領域内の
方向を＜01１＞方向に設定する。 〔作用〕 本発明においては−Ｖ族化合物半導体基体に
絶縁膜を被着したときの圧電分極効果を積極的に
利用し、電気抵抗が最小となる晶帯軸方向にベー
ス電流を通ずることにより、ベース抵抗を低減す
る効果を得ている。 この圧電分極効果は例えば下記文献等で、主と
してシヨツトキ接合形電界効果トランジスタにつ
いて注目されている現象である。半導体基体に接
して設けられた絶縁膜、電極などが半導体基体に
及ぼす応力によつて化合物半導体基体に圧電分極
を生ずるが、この圧電分極は半導体基体、絶縁
膜、電極などの相対的関係により定まる固有の方
向性を示し、半導体基体の電気抵抗値は晶帯軸向
に関係することとなる。 具体的な例を挙げればGaAs半導体基体の
（100）面上で、絶縁膜が二酸化シリコン（SiO2）
である場合と窒化シリコン（SiN4）である場合
では応力の方向従つて分極の極性が反対となり、
使用する絶縁膜により、ベース電流方向として選
択すべき電気抵抗が最小となる晶帯軸方向は、＜
011＞方向或いは＜01１＞方向となる。なおこの
効果の程度は絶縁膜の厚さに関係し、一般に厚さ
が大きくなれば効果が顕著となる。 「砒化ガリウム電界効果トランジスタにおける
圧電分極効果と方向に依存する装置特性における
その役割」（“Piezoelectric Effects in GaAs
FET′s and Their Role in Orientation−
Dependent Device Characteristics”IEEE
Transactions on Electron Devices、Vol.ED−
31、No.10、Oct.1984 pp.1377−1380） 〔実施例〕 以下本発明を実施例により具体的に説明する。 第１図は本発明による実施例の模式平面図であ
る。なおその側断面図は先に説明した第２図と同
様であり、１は半絶縁性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AlGaAsバリア層、６
Ｅはn+型GaAsエミツタ層、６BCはn+型GaAsベ
ースコンタクト層、７はコレクタ電極、８はベー
ス電極、９はエミツタ電極、１０は絶縁膜であ
る。 本実施例の半導体基体の各半導体層は前記例と
同様であるが、これらはGaAs基板１の（100）
面上に形成されている。 本実施例では絶縁膜にSiO2を使用することと
し、第１図に示す如く、エミツタ電極９からベー
ス電極８に向かう方向を＜011＞方向に設定して
いる。なおコレクタ電極７は図示の如く、エミツ
タ電極９に関してベース電極８とほぼ対象的に配
置される。 なおこれらの電極の構造は前記例と同様に、コ
レクタ電極７及びベース電極８は例えば厚さ20n
ｍのAuGe層と厚さ280nｍのAu層を積層した構
造とし、エミツタ電極９は例えば厚さ20nｍの
AuGe層、厚さ100nｍのAu層と厚さ300nｍの
WSi層を積層した構造として合金化の深さを制御
している。 また絶縁膜１０は先に述べた如くSiO2を用い、
例えば化学気相成長方法によつて厚さ400nｍ以
上に被着している。 本実施例のベース抵抗は電気抵抗が最大となる
直交する方向の約1/2となり、最大発振周波数は
約1.4倍となつている。 〔発明の効果〕 以上説明した如く本発明によれば、再現性良く
ベース抵抗の最低値を実現することが可能とな
り、かつ製造プロセス上の負担増加を伴わない。 これによつてHETに期待される高速度動作の
実現を大きく推進する効果が得られる
第１図は本発明の実施例を示す模式平面図、第
２図は例えばHETの構造の例を示す模式側断面
図である。 図において、１は半絶縁性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AlGaAsバリア層、
６Ｅはn+型GaAsエミツタ層、６BCはn+型GaAs
ベースコンタクト層、７はコレクタ電極、８はベ
ース電極、９はエミツタ電極、１０は絶縁膜を示
す。
２図は例えばHETの構造の例を示す模式側断面
図である。 図において、１は半絶縁性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AlGaAsバリア層、
６Ｅはn+型GaAsエミツタ層、６BCはn+型GaAs
ベースコンタクト層、７はコレクタ電極、８はベ
ース電極、９はエミツタ電極、１０は絶縁膜を示
す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ −Ｖ族化合物半導体基板面上に形成された
エミツタ層及びコレクタ層と、エミツタ層とコレ
クタ層の間に形成されたｎ型ベース層と、エミツ
タ層、コレクタ層及びベース層に対しそれぞれ電
気的に接続されたエミツタ電極、コレクタ電極及
びベース電極を有し、ベース層上にベース電極に
接してベース層に応力を与えベース層内に圧電分
極を生じさせる絶縁膜が形成される構成におい
て、ベース電流が流れる方向におけるベース層の
結晶軸は、半導体基板面の結晶軸方向及び絶縁膜
材料に関係してベース領域に生ずる圧電分極によ
り電気抵抗が最小となる結晶軸方向に選ばれてい
ることを特徴とする半導体装置。 ２ −Ｖ族化合物半導体基板の（100）面上に
形成されたエミツタ層及びコレクタ層と、エミツ
タ層とコレクタ層の間に形成されたｎ型ベース層
と、エミツタ層、コレクタ層及びベース層に対し
それぞれ電気的に接続されたエミツタ電極、コレ
クタ電極及びベース電極を有し、ベース層上にベ
ース電極に接しベース層へ応力を与えベース層内
に圧電分極を生じさせる絶縁膜（SiO2）が形成
される構成において、ベース電流が流れる方向に
おけるベース層の結晶軸方向は＜011＞に選ばれ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
半導体装置。 ３ −Ｖ族化合物半導体基板の（100）面上に
形成されたエミツタ層及びコレクタ層と、エミツ
タ層とコレクタ層の間に形成されたｎ型ベース層
と、エミツタ層、コレクタ層及びベース層に対し
それぞれ電気的に接続されたエミツタ電極、コレ
クタ電極及びベース電極を有し、ベース層上にベ
ース電極に接しベース層に応力を与えベース層内
に圧電分極を生じさせる絶縁膜（Si3N4）が形成
される構成において、ベース電流が流れる方向に
おけるベース層の結晶軸方向は＜01１＞に選ばれ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144329A JPS624365A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60144329A JPS624365A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS624365A JPS624365A (ja) | 1987-01-10 |
| JPH0422343B2 true JPH0422343B2 (ja) | 1992-04-16 |
Family
ID=15359574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60144329A Granted JPS624365A (ja) | 1985-07-01 | 1985-07-01 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS624365A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0710012B2 (ja) * | 1989-11-07 | 1995-02-01 | 株式会社東芝 | ホールｉｃ |
| JP2018186144A (ja) * | 2017-04-25 | 2018-11-22 | 株式会社村田製作所 | 半導体装置及びパワーアンプモジュール |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5114867A (en) * | 1974-07-30 | 1976-02-05 | Furukawa Electric Co Ltd | Korugeetopaipuno seizohoho |
| FR2508707A1 (fr) * | 1981-06-26 | 1982-12-31 | Thomson Csf | Transistor balistique a multiples heterojonctions |
-
1985
- 1985-07-01 JP JP60144329A patent/JPS624365A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS624365A (ja) | 1987-01-10 |
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