JPH0571188B2 - - Google Patents

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JPH0571188B2
JPH0571188B2 JP61184808A JP18480886A JPH0571188B2 JP H0571188 B2 JPH0571188 B2 JP H0571188B2 JP 61184808 A JP61184808 A JP 61184808A JP 18480886 A JP18480886 A JP 18480886A JP H0571188 B2 JPH0571188 B2 JP H0571188B2
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JP
Japan
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semiconductor layer
layer
doped
emitter
collector
Prior art date
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JP61184808A
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English (en)
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JPS6340370A (ja
Inventor
Tomohiro Ito
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6340370A publication Critical patent/JPS6340370A/ja
Publication of JPH0571188B2 publication Critical patent/JPH0571188B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D48/00Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
    • H10D48/30Devices controlled by electric currents or voltages
    • H10D48/32Devices 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
    • H10D48/36Unipolar devices
    • H10D48/362Unipolar 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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  • Bipolar Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超高速・高速周波特性を有するホツ
ト・エレクトロン・トランジスタに関する。
〔従来技術〕
電界効果トランジスタに比べて、ホツト・エレ
クトロン・トランジスタ(以下HETと記す)は、
トンネル効果でベース領域に高エネルギーで注入
されたキヤリアが高速度でベース領域を通過する
ため、動作周波数や動作速度の大幅な改善が期待
されており、現在では数多くの研究機関で研究・
開発が行なわれるようになつてきた。
第6図は従来技術によるHETの基本構造断面
図で、例えばヘイブラム(Heiblum)等により
アブライド・フイズイツクス・レターズ(Aprl.
Phys.Lett)vol.47,No.10,pp.1150−1107,
Nov.1985に報告されている。
第6図において、1はエミツタ電極、2はベー
ス電極、3はコレクタ電極、51はN形GaAsの
ベース層、52はノンドープAl0.35Ga0.65Asのエ
ミツタ障壁層、53はN形GaAsのエミツタ層、
54はノンドープAl0.25Ga0.75Asのコレクタ障壁
層、55はN形GaAsのコレクタ層、10はN+
GaAsの基板である。
また、第7図aは本HETの熱平衡状態の、ま
た第7図bは動作状態での伝導帯下端ECの各エ
ネルギー分布を示したもので、30は注入電子を
表わす。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、従来構造のHETではベース層のド
ナー濃度はベース抵抗を下げるために、できるだ
け高濃度にした方が有利である。しかしながら、
ベース層が高濃度の場合には、たとえエミツタか
ら電子が高エネルギーで注入されても、ある程度
の距離があると不純物散乱およびプラズモン散乱
の影響が大きく高速度のままコレクタに到達する
電子の数が大幅に減少するという問題があり、い
わゆるキヤリアのエミツタからコレクタへの到達
率αが小さく良好な特性が得られなかつた。
不純物散乱の場合にはある程度の高エネルギー
電子に対しては小角度散乱であるため、その影響
はそれほど深刻ではないが、プラズモン散乱は不
純物濃度が大きいとその影響がきわめて大きいた
めに、この影響を軽減しなければ良好な特性は望
めないという状況にあつた。
一方、ベース抵抗の劣化を招かずに高濃度にす
るには高濃度の厚さを薄くすればある程度は上記
影響を軽減できるもののコンタクトがとりにくい
などプロセス上の制約が大きくなり良好な特性の
HETを実現するのは極めて困難であつた。
本発明の目的は、上記問題点を解消してキヤリ
ア到達率が大きく良好な高速・高周波特性を有す
るHETを提供することである。
〔問題点を解決するための手段〕
第1の本発明のHETは、ノンドープの第1の
半導体層の片側に、第1の半導体層より電子親和
度の小さいN形のベース層となる第2の半導体
層、第2の半導体層より電子親和度の小さいエミ
ツタ障壁層となるノンドープの第3の半導体層、
第3の半導体層より電子親和度が大きいN形のエ
ミツタ層となる第4の半導体層が順次形成され、 また第1の半導体層の第2の半導体層とは反対
側に、第2の半導体層より電子親和度が小さいノ
ンドープのコレクタ障壁層となる第5の半導体
層、第5の半導体層により電子親和度の大きいN
形のコレクタ層となる第6の半導体層が順次形成
され、 第2の半導体層、第4の半導体層及び第6の半
導体層にオーム性接触するベース電極、エミツタ
電極及びコレクタ電極が形成されたことを特徴と
する。
第2の本発明のHETは、ノンドープの第1の
半導体層の片側に、第1の半導体層より電子親和
度とバンドギヤツプの和が大きいP形のベース層
となる第2の半導体層、第2の半導体層より電子
親和度とバンドギヤツプの和が大きいエミツタ障
壁層となるノンドープの第3の半導体層、第3の
半導体層より電子親和度バンドギヤツプの和が小
さいP形のエミツタ層となる第4の半導体層が順
次形成され、 また第1の半導体層の第2の半導体層とは反対
側に、第2の半導体層より電子親和度とバンドギ
ヤツプの和が大きいノンドープのコレクタ障壁層
となる第5の半導体層、第5の半導体層より電子
親和度とバンドギヤツプの和が小さいP形のコレ
クタ層となる第6の半導体層が順次形成され、 第2の半導体層、第4の半導体層及び第6の半
導体層にオーム性接触するベース電極、エミツタ
電極及びコレクタ電極が形成されたことを特徴と
する。
〔作用〕
以下、本発明を詳細に説明する。
第1図は本発明によるHETの基本構造断面図
で、1はエミツ電極、2はベース電極、3はコレ
クタ電極、11はノンドープベース層、12はN
形ベース層、13はノンドープのエミツタ障壁
層、14はN形のエミツタ層、15はノンドープ
のコレクタ障壁層、16はN形のコレクタ層、1
0はN+の基板である。
また、第2図aは、第1図に示したHETの熱
平衡状態での伝達帯下端ECのエネルギー分布図
で、図に示す様にノンドープベース層11のEC
はベース層12のECよりΔENだけ小さくなつてい
る。
第2図bは、第1図に示したHETの動作状態
でのECのエネルギー分布図で、30はトンネル
効果によりベース層へ注入された電子を示す。
さて、第2図のエネルギー分布図に示すよう
に、ベース層12の不純物濃度を大きくしても、
ベース層12の幅をある程度小さくしてやれば、
高エネルギーで注入された電子は不純物とプラズ
モン散乱の影響をあまり受けずにベース層12を
通過することができる。
またベース層12を通過した電子はベース層1
2とノンドープ・ベース層11の境界でΔENのエ
ネルギーを得て加速され、さらに、ノンドープ・
ベース層11は動作状態では第2図bに示すかう
に、ECに傾きが生じて電子を加速する電界が生
じ、この領域においても電子は加速されることと
なる。
従つて、電子はベース領域を極めて高速度で通
過でき、しかもノンドープ・ベース層11では不
純物とプラズモン散乱の影響もないため、すべて
の電子がコレクタ層へ透過することができる。さ
らに全ベース領域はベース層12とノンドープ・
ベース層11の厚さがあるのでコンタクト形成や
その他プロセス上の問題は生じない。
以上はキヤリアが電子の場合について説明した
が、正孔の場合にも同様に理解できる。
基本構造は第1図と同様であり、第3図aに熱
平衡状態での価電子帯上端EVのエネルギー帯分
布図を、また第3図bに動作状態での分布図を示
す。
この場合にも、電子の場合と同様に注入された
正孔は不純物とプラズモン散乱の影響をあまり受
けずにP形のベース層12を通過し、さらにΔEN
及びノンドープ・ベース層11の電界でさらに加
速されて高速でコレクタ層16に到達できる。
〔実施例〕
次に、本発明によるHETの実施例を説明する。
第4図は第1の本発明によるHETの実施例の
構造断面図で、以下の様にして作製される。
まず、GaAsの半絶縁性基板49の上に、例え
ば、分子線エピタキシー(MBE)法により、不
純物濃度3×1018cm-3のN形GaAsのコレクタ・
コンタクト層48を5000Å、不純物濃度2×1017
cm-3のN形GaAsのコレクタ層16を1500Å、ノ
ンドープAl0.25Ga0.75Asのコレクタ障壁層15を
1000Å、In0.1Ga0.9のノンドープ・ベース層11
を350Å、不純物濃度2×1018cm-3のN形GaAsの
ベース層12を350Å、ノンドープAl0.35Ga0.65As
のエミツタ障壁層13を100Å、不純物濃度2×
1017cm-3のN形GaAsのエミツタ層14を1500Å、
および不純物濃度3×1018cm-3のN形GaAsのエ
ミツタ・コンタクト層47を3000Å、順次に成長
させる。
次に、HETの不要部分をエツチング除去して
ベース層12及び、N+形GaAsのコレクト・コン
タクト層48の表面を露出させ、最後に通常の方
法によりエミツタ電極1、ベース電極2及びコレ
クタ電極3を形成してHETを完成させる。
ここで、ノンドープ・ベース層11はAlGaAs
やGaAsに格子整合しない、いわゆる歪格子層と
なつているが、InAsにモル比が0.1では400Å近く
の厚さまで転位などの発生が無く良好な結晶が得
られるものである。
第5図に本発明によるHETのキヤリア到達率
αのベース・エミツタ電圧依存性を示す。ここ
で、コレクタ・ベース電圧は0.6Vで○印が本発
明によるもの、●印はベース濃度1×1018cm-3
して厚さ700Åのときの従来技術によるHETのキ
ヤリア到達率αである。
第5図から明らかな様に、本発明により大幅な
改善がなされた。
次に正孔がキヤリアの場合の本発明による
HETの実施例を示す。構造断面図は第4図と同
様で以下の様に作製される。
GaAsの半絶縁性基板49上に、MBE法によ
り不純物濃度1×1019cm-3のP形GaAsのコレク
タ・コンタクト層48′を5000Å、不純物濃度3
×1018cm-3のP形GaAsのコレクタ層16′を1000
Å、ノンドープAl0.3Ga0.7Asのコレクタ障壁層1
5′を800Å、In0.1Ga0.9Asのノンドープ・ベース
層11′を350Å、不純物濃度5×1018cm-3のP形
GaAsのベース層12′を350Å、ノンドープAI0.5
Ga0.5Asのエミツタ障壁層13′を100Å、不純物
濃度3×1018cm-3のP形GaAsのエミツタ障壁層
14′を1000Å、および不純物濃度1×1019cm-3
のP形GaAsのエミツタ・コンタクト層47′を
3000Å順次に成長させる。
次に、HETの不要部分をエツチング除去して
ベース層12′、P+形GaAsのコレクタ・コンタ
クト層48′の表面を露出させ、最後に通常の方
法でエミツタ電極1、ベース電極2及びコレクタ
電極3を形成してHETを完成させる。
以上の実施例ではAlGaAs/GaAs/InGaAsを
用いたが本発明はもちろんこれらの材料に限られ
ることはなく、他の材料でも実現できる。
〔発明の効果〕
以上の詳細な説明から明らかなように、本発明
によればベース抵抗の増加を伴うことなく注入キ
ヤリアに対して不純物およびプラズモン散乱の影
響を著しく軽減できるので、大きなキヤリア到達
を有する超高速・高周波のHETが実現でき、今
後の通信・情報技術に寄与するところが極めて大
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるHETの基本構造断面図、
第2図、第3図は第1の本発明、第2の本発明の
エネルギー分布図、第4図は第1の本発明の一実
施例の構造断面図、第6図、第7図は従来例の構
造断面図、エネルギー帯図および第5図は本発明
の実施例と従来例のキヤリア到達率をそれぞれ示
す。 1……エミツタ電極、2……ベース電極、3…
…コレクタ電極、10……基板、11,11′…
…アンドープ・ベース層、12,12′,51…
…ベース層、13,13′,52……エミツタ障
壁層、14,14′53……エミツタ層、15,
15′,54……コレクタ障壁層、16,16′,
55……コレクタ層、47,47′……エミツ
タ・コンタクト層、48,48′……コレクタ・
コンタクト層、49……半絶縁性基板、30……
注入電子、40……注入正孔。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ノンドープの第1の半導体層の片側に、該第
    1の半導体層より電子親和度の小さいN形のベー
    ス層となる第2の半導体層、該第2の半導体層よ
    り電子親和度の小さいエミツタ障壁層となるノン
    ドープの第3の半導体層、該第3の半導体層より
    電子親和度が大きいN形のエミツタ層となる第4
    の半導体層が順次形成され、 また前記第1の半導体層の前記第2の半導体層
    とは反対側に、前記第2の半導体層より電子親和
    度が小さいノンドープのコレクタ障壁層となる第
    5の半導体層、該第5の半導体層より電子親和度
    の大きいN形のコレクタ層となる第6の半導体層
    が順次形成され、 前記第2の半導体層、第4の半導体層及び第6
    の半導体層にオーム性接触するベース電極、エミ
    ツタ電極及びコレクタ電極が形成されたことを特
    徴とするホツト・エレクトロン・トランジスタ。 2 ノンドープの第1の半導体層の片側に、該第
    1の半導体層より電子親和度とバンドギヤツプの
    和が大きいP形のベース層となる第2の半導体
    層、該第2の半導体層より電子親和度とバンドギ
    ヤツプの和が大きいエミツタ障壁層となるノンド
    ープの第3の半導体層、該第3の半導体層より電
    子親和度とバンドギヤツプの和が小さいP形のエ
    ミツタ層となる第4の半導体層が順次形成され、 また前記第1の半導体層の前記第2の半導体層
    とは反対側に前記第2の半導体層より電子親和度
    とバンドギヤツプの和が大きいノンドープのコレ
    クタ障壁層となる第5の半導体層、該第5の半導
    体層より電子親和度とバンドギヤツプの和が小さ
    いP形のエミツタ層となる第6の半導体層が順次
    形成され、 前記第2の半導体層、第4の半導体層及び第6
    の半導体層にオーム性接触するベース電極、エミ
    ツタ電極及びコレクタ電極が形成されたことを特
    徴とするホツト・エレクトロン・トランジスタ。
JP61184808A 1986-08-05 1986-08-05 ホツト・エレクトロン・トランジスタ Granted JPS6340370A (ja)

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JPS6340370A JPS6340370A (ja) 1988-02-20
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ID=16159651

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JP61184808A Granted JPS6340370A (ja) 1986-08-05 1986-08-05 ホツト・エレクトロン・トランジスタ

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