JPH0458706B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0458706B2 JPH0458706B2 JP59219830A JP21983084A JPH0458706B2 JP H0458706 B2 JPH0458706 B2 JP H0458706B2 JP 59219830 A JP59219830 A JP 59219830A JP 21983084 A JP21983084 A JP 21983084A JP H0458706 B2 JPH0458706 B2 JP H0458706B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- base
- barrier
- 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
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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
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置、特に新しく開発されつつ
ある、THETA（Tunneling Hot Electron
Transfer Amplifier）或はHET（Hot Electron
Transistor）と呼ばれる半導体装置の改良に関す
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る動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。 本発明はこの様に新しい動作原理に基づく前記
半導体装置について、その電流増幅率等の特性を
改善するものである。 〔従来の技術〕 先に提案されたTEHTAでは、第２図ａのポ
テンシヤル図に示す動作が行われる。（M.
Heiblum；1980IEEE Electron Devices
Meeting） すなわち本装置はエミツタ、ベース、コレクタ
の３領域を備えるが、ベースとエミツタ及びコレ
クタとの間にそれぞれポテンシヤルバリアが設け
られている。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
イアス電圧を加えたとき、電子がエミツタ−ベー
ス間のバリアをトンネル効果により突き抜けて、
エミツタ電流IEを構成する。 この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、ベース領域においてはエミツタ−ベース間の
電位差VBEによつて伝導帯端に対してeVBEだけ高
いエネルギー準位にある。このエネルギーをもつ
電子はコレクタに向かつて弾動的に進むが、電子
相互間、電子−格子原子間及び電子−不純物原子
間の衝突を総合したこの方向（Ｘ方向）の平均自
由行程をIeとするとき、長さdEのベース領域を電
子が通過する確率はexp（−dB／Ie）である。 ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高
さをφC、電子ビームのエネルギーの正常な幅の
１／２をδとして、電子の前記エネルギー準位差の
Ｘ成分がφC＋δ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を越える
ことができるが、ベース接地電流増幅率α＝IC／
IEを１に漸近させるためには、ベース領域におけ
る電子の損失、ベース−コレクタ・インタフエイ
スにおける量子力学的反射及び吸収等、及び電子
ビームのエネルギー幅2δを最小にすることが必要
である。 このTHETAを半導体装置として実現した従
来例の模式側断面図を第図ｂに示す。 同時において、２１は半絶縁性砒化ガリウム
（GaAs）基板、２３はｎ型GaAsコレクタ層、２
４は砒化アルミニウム（AlGaAs）バリア層、２
５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、２２，２８及
び２９はn+型GaAsコンタクト層、３０はコレク
タ電極、３１はベース電極、３２はエミツタ電
極、３３は保護絶縁膜である。 従来例において、コレクタ層２３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。
ある、THETA（Tunneling Hot Electron
Transfer Amplifier）或はHET（Hot Electron
Transistor）と呼ばれる半導体装置の改良に関す
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る動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。 本発明はこの様に新しい動作原理に基づく前記
半導体装置について、その電流増幅率等の特性を
改善するものである。 〔従来の技術〕 先に提案されたTEHTAでは、第２図ａのポ
テンシヤル図に示す動作が行われる。（M.
Heiblum；1980IEEE Electron Devices
Meeting） すなわち本装置はエミツタ、ベース、コレクタ
の３領域を備えるが、ベースとエミツタ及びコレ
クタとの間にそれぞれポテンシヤルバリアが設け
られている。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
イアス電圧を加えたとき、電子がエミツタ−ベー
ス間のバリアをトンネル効果により突き抜けて、
エミツタ電流IEを構成する。 この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、ベース領域においてはエミツタ−ベース間の
電位差VBEによつて伝導帯端に対してeVBEだけ高
いエネルギー準位にある。このエネルギーをもつ
電子はコレクタに向かつて弾動的に進むが、電子
相互間、電子−格子原子間及び電子−不純物原子
間の衝突を総合したこの方向（Ｘ方向）の平均自
由行程をIeとするとき、長さdEのベース領域を電
子が通過する確率はexp（−dB／Ie）である。 ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高
さをφC、電子ビームのエネルギーの正常な幅の
１／２をδとして、電子の前記エネルギー準位差の
Ｘ成分がφC＋δ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を越える
ことができるが、ベース接地電流増幅率α＝IC／
IEを１に漸近させるためには、ベース領域におけ
る電子の損失、ベース−コレクタ・インタフエイ
スにおける量子力学的反射及び吸収等、及び電子
ビームのエネルギー幅2δを最小にすることが必要
である。 このTHETAを半導体装置として実現した従
来例の模式側断面図を第図ｂに示す。 同時において、２１は半絶縁性砒化ガリウム
（GaAs）基板、２３はｎ型GaAsコレクタ層、２
４は砒化アルミニウム（AlGaAs）バリア層、２
５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、２２，２８及
び２９はn+型GaAsコンタクト層、３０はコレク
タ電極、３１はベース電極、３２はエミツタ電
極、３３は保護絶縁膜である。 従来例において、コレクタ層２３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。
前記問題点は、ｎ型のエミツタ領域と、第１の
バリア領域と、ｎ型のベース領域と、第２のバリ
ア領域と、ｎ型のコレクタ領域とが順次積層さ
れ、該ベース領域の該第１のバリア領域との界面
から該第２のバリア領域との界面に向つて、該ベ
ース領域の伝導帯端のエネルギー準位が次第に低
下する本発明による半導体装置により解決され
る。 〔作用〕 本発明においては、半導体基体のベース領域の
伝導帯端のエネルギー準位が、その第１バリア領
域との界面から第２のバリア領域との界面に向か
つて次第に低下する構造とする。 この半導体基体構造により、ベース領域におけ
る電子の散乱確率、すなわち電子の損失が減少
し、電流増幅率が増大する。 この伝導帯端のエネルギー準位の変化は、ベー
ス領域を形成する化合物半導体の組成の変化、不
純物ドープ量の変化等で容易に実現することが出
来る。 〔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ａは本発明の実施例の模式側断面図、同
図ｂはその伝導帯のポテンシヤルを示す図であ
る。 同図において、１は半絶縁性GaAs基板、３は
ｎ型GaAsコレクタ層、４はAlGaAsバリア層、
５はｎ型で組成がGaAsからAlGaAsに変化する
ベース層、６はAlGaAsバリア層、７はｎ型
GaAsエミツタ層、２，８及び９はn+型GaAsコ
ンタクト層、１０はコレクタ電極、１１はベース
電極、１２はエミツタ電極、１３は保護絶縁膜で
ある。 従来例において、各半導体層２乃至８は半絶縁
性GaAs基板１上に例えば下記例の如く順次エピ
タキシヤル成長されている。
バリア領域と、ｎ型のベース領域と、第２のバリ
ア領域と、ｎ型のコレクタ領域とが順次積層さ
れ、該ベース領域の該第１のバリア領域との界面
から該第２のバリア領域との界面に向つて、該ベ
ース領域の伝導帯端のエネルギー準位が次第に低
下する本発明による半導体装置により解決され
る。 〔作用〕 本発明においては、半導体基体のベース領域の
伝導帯端のエネルギー準位が、その第１バリア領
域との界面から第２のバリア領域との界面に向か
つて次第に低下する構造とする。 この半導体基体構造により、ベース領域におけ
る電子の散乱確率、すなわち電子の損失が減少
し、電流増幅率が増大する。 この伝導帯端のエネルギー準位の変化は、ベー
ス領域を形成する化合物半導体の組成の変化、不
純物ドープ量の変化等で容易に実現することが出
来る。 〔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ａは本発明の実施例の模式側断面図、同
図ｂはその伝導帯のポテンシヤルを示す図であ
る。 同図において、１は半絶縁性GaAs基板、３は
ｎ型GaAsコレクタ層、４はAlGaAsバリア層、
５はｎ型で組成がGaAsからAlGaAsに変化する
ベース層、６はAlGaAsバリア層、７はｎ型
GaAsエミツタ層、２，８及び９はn+型GaAsコ
ンタクト層、１０はコレクタ電極、１１はベース
電極、１２はエミツタ電極、１３は保護絶縁膜で
ある。 従来例において、各半導体層２乃至８は半絶縁
性GaAs基板１上に例えば下記例の如く順次エピ
タキシヤル成長されている。
【表】
以上説明した如く本発明によれば、ベース領域
における電子の散乱確率を減少させて、電流増幅
率を増加することができ、これによつて、
THETAの開発が大きく前進する効果が得られ
る。
における電子の散乱確率を減少させて、電流増幅
率を増加することができ、これによつて、
THETAの開発が大きく前進する効果が得られ
る。
第１図ａは本発明の実施例を示す模式側断面
図、ｂはその伝導帯のポテンシヤルを示す図、第
２図ａは本装置の動作の説明図、ｂは従来例を示
す模式側断面図である。 図において、１は半絶縁性GaAs基板、２，８
及び９はn+型GaAsコンタクト層、３はｎ型
GaAsコレクタ層、４はAlGaAsバリア層、５は
ｎ型で組成が変化するAlGaAsベース層、６は
AlGaAsバリア層、７はｎ型AlGaAsエミツタ層、
１０はコレクタ電極、１１はベース電極、１２は
エミツタ電極、１３は保護絶縁膜を示す。
図、ｂはその伝導帯のポテンシヤルを示す図、第
２図ａは本装置の動作の説明図、ｂは従来例を示
す模式側断面図である。 図において、１は半絶縁性GaAs基板、２，８
及び９はn+型GaAsコンタクト層、３はｎ型
GaAsコレクタ層、４はAlGaAsバリア層、５は
ｎ型で組成が変化するAlGaAsベース層、６は
AlGaAsバリア層、７はｎ型AlGaAsエミツタ層、
１０はコレクタ電極、１１はベース電極、１２は
エミツタ電極、１３は保護絶縁膜を示す。
Claims (1)
- １ ｎ型のエミツタ領域と、第１のバリア領域
と、ｎ型のベース領域と、第２のバリア領域と、
ｎ型のコレクタ領域とが順次積層され、該ベース
領域の該第１バリア領域との界面から該第２のバ
リア領域との界面に向つて、該ベース領域の伝導
帯端のエネルギー準位が次第に低下することを特
徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59219830A JPS6197966A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59219830A JPS6197966A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197966A JPS6197966A (ja) | 1986-05-16 |
| JPH0458706B2 true JPH0458706B2 (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=16741708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59219830A Granted JPS6197966A (ja) | 1984-10-19 | 1984-10-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197966A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS627159A (ja) * | 1985-07-03 | 1987-01-14 | Agency Of Ind Science & Technol | 半導体装置 |
| JPS6340369A (ja) * | 1986-08-05 | 1988-02-20 | Nec Corp | ホツト・エレクトロン・トランジスタ |
| US4967254A (en) * | 1987-07-16 | 1990-10-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
| US5436192A (en) * | 1989-03-24 | 1995-07-25 | Xerox Corporation | Method of fabricating semiconductor structures via photo induced evaporation enhancement during in situ epitaxial growth |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS579224B2 (ja) * | 1973-01-24 | 1982-02-20 | ||
| JPS5039076A (ja) * | 1973-08-08 | 1975-04-10 | ||
| US4286275A (en) * | 1980-02-04 | 1981-08-25 | International Business Machines Corporation | Semiconductor device |
-
1984
- 1984-10-19 JP JP59219830A patent/JPS6197966A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6197966A (ja) | 1986-05-16 |
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