JPH0738079A

JPH0738079A - ホット・キャリヤ半導体装置

Info

Publication number: JPH0738079A
Application number: JP5183613A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Imamura; 健一今村
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1993-07-26
Filing date: 1993-07-26
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】ホット・キャリヤ半導体装置に関し、同一基
板上にピーク電圧Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vを異にするＲ
ＨＥＴ或いはＲＴＢを簡単且つ容易に形成し、それ等の
素子の中から最適な素子を選択して回路を構成できるよ
うにする。【構成】基板４１上にコレクタ層４３、ベース層４
５、エミッタ層４７などが形成され、オーミック・コン
タクトのエミッタ電極４９Ｌ及びショットキ・コンタク
トのエミッタ電極４９Ｈを形成することでピーク電圧Ｖ
_P並びにバレー電圧Ｖ_Vを異にした第一のＲＨＥＴ４０
Ｌと第二のＲＨＥＴ４０Ｈとが組み込まれ、それ等を適
宜選択して論理回路を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、量子効果を利用した半
導体デバイスであるホット・キャリヤ半導体装置の改良
に関する。

【０００２】現在、量子効果を利用した半導体デバイス
の研究が盛んであり、なかでも、ホット・エレクトロン
・トランジスタ（ｈｏｔｅｌｅｃｔｒｏｎｔｒａｎ
ｓｉｓｔｏｒ：ＨＥＴ）に於けるエミッタ・バリヤとし
て共鳴トンネリング・バリヤ（ｒｅｓｏｎａｎｔｔｕ
ｎｎｅｌｉｎｇｂａｒｒｉｅｒ：ＲＴＢ）を用いた共
鳴トンネリング・ホット・エレクトロン・トランジスタ
（ｒｅｓｏｎａｎｔｔｕｎｎｅｌｉｎｇｈｏｔｅｌ
ｅｃｔｒｏｎｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＲＨＥＴ）は、
負のコンダクタンス特性をもつことから、様々な回路に
応用されつつある。

【０００３】然しながら、ＲＨＥＴには、普遍的に用い
るには、未だ改善しなければならない種々な問題があ
り、例えば、低消費電力化や動作余裕の向上が必要とさ
れている。

【０００４】

【従来の技術】図１１はベース電極をベース層から直接
引出したＳＥ（ｓｉｎｇｌｅｅｍｉｔｔｅｒ）構造の
ＲＨＥＴを用いたＮＯＲゲート或いはＸＮＯＲゲートの
要部回路図である。

【０００５】図に於いて、１はＲＨＥＴ、２は入力抵
抗、３は入力抵抗、４はベース・バイアス抵抗、５は負
荷抵抗、６は入力端、７は入力端、８は出力端、９はＶ
_DD供給線、１０は接地線をそれぞれ示している。尚、Ｎ
ＯＲゲートとＸＮＯＲゲートとの違いは、回路定数が異
なることであり、回路構成の面からは同じである。

【０００６】図１２は図１１に見られるＮＯＲゲート或
いはＸＮＯＲゲートの動作を解説する為の入出力特性を
表す線図であり、横軸にはベース・エミッタ間電圧Ｖ_BE
を、そして、縦軸にはコレクタ電流Ｉ_Cをそれぞれ採っ
てある。

【０００７】図に於いて、（Ａ）はＮＯＲゲートの特
性、（Ｂ）はＸＮＯＲゲートの特性、Ｖ_Pはピーク電
圧、Ｖ_Vはバレー電圧をそれぞれ示している。尚、図に
見られる傾斜した実線はベースに対する負荷線である。

【０００８】この場合、ピーク電圧Ｖ_Pは、コレクタ電
流Ｉ_Cがピークになるベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEを指
し、同様に、バレー電圧Ｖ_Vはコレクタ電流Ｉ_Cがバレ
ーになるベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEを指し、何かの電
圧がピーク或いはバレーになる旨の意味ではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】通常、ＲＨＥＴからな
る集積回路装置では、全て同じ特性のＲＨＥＴ、即ち、
ピーク電圧Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vが同じであるものか
らなっていて、それを用いてＮＯＲゲートやＸＮＯＲを
形成している。

【００１０】そのようなＲＨＥＴを用いてＮＯＲゲート
を構成する場合、ＲＨＥＴの動作点がピーク電圧Ｖ_Pを
越えないようにする為、入力抵抗の値をＸＮＯＲゲート
に比較して充分高くしなければならない。

【００１１】従って、ＮＯＲゲートのＣＲ時定数の増大
に依って動作速度が低下したり、或いは、抵抗層パター
ンの大きさをＮＯＲゲートとＸＮＯＲゲートとで極端に
変える必要があって、マスク・パターンの設計・配置に
ついて大きな制約を受けるなどの問題がある。

【００１２】これに対し、実質的にベース電極となる電
極をエミッタ層を介して取り出したＭＥ（ｍｕｌｔｉ
ｅｍｉｔｔｅｒ）構造のＲＨＥＴ（要すれば特願平４−
１８８３８２号を参照）を用いると、ＮＯＲゲートやＸ
ＮＯＲゲートは比較的に容易に構成することができるの
であるが、ＲＨＥＴのエミッタ電流の負性抵抗特性を利
用した状態保持回路を構成するには問題がある。

【００１３】図１３はＭＥ構造のＲＨＥＴを用いた状態
保持回路を表す要部回路図である。図に於いて、２２は
入力抵抗、２３は入力抵抗、２４はベース・バイアス抵
抗、２５は負荷抵抗、２６は入力端、２７は入力端、２
８は出力端、２９はＶ_DD供給線、３０は接地線、３１は
ピーク電圧Ｖ_P＝０．９〔Ｖ〕のＲＨＥＴ、３１′はピ
ーク電圧Ｖ_P＝０．９〔Ｖ〕のＲＨＥＴをそれぞれ示し
ている。

【００１４】この状態保持回路では、入力が（０，１）
或いは（１，０）である場合に双安定状態となり、状態
が変わる前の出力を保持することができる。

【００１５】ところで、図示されたＲＨＥＴ３１として
は、入力が（１，１）の場合、動作点がピーク電圧Ｖ_P
を越えるようにエミッタ・ベース接合面積が小さい、即
ち、ピーク電流が小さいＲＨＥＴを用い、増幅用のＲＨ
ＥＴ、即ち、ＲＨＥＴ３１′としては、入力が（１，
１）の場合でも、動作点、即ち、負荷線とＲＨＥＴの特
性線との交点がピーク電圧Ｖ_Pに達しないようにエミッ
タ・ベース接合面積が大きいＲＨＥＴにすることが必要
である。

【００１６】図１４は図１３に見られる状態保持回路の
動作を解説する為の入出力特性を表す線図であり、横軸
にはベース・エミッタ間電圧Ｖ_BEを、そして、縦軸には
コレクタ電流Ｉ_Cをそれぞれ採ってある。尚、図１２に
於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ
意味を持つものとする。

【００１７】図から明らかであるが、この場合、ピーク
電圧Ｖ_PHが０．９〔Ｖ〕であって、図１２に見られるＳ
Ｅ構造のＲＨＥＴを用いたＮＯＲゲート或いはＸＮＯＲ
ゲートのピーク電圧Ｖ_Pが０．６〔Ｖ〕であるのに比較
すると、約１．５倍になっている。これは、ＭＥ構造の
ＲＨＥＴでは、エミッタとベースとの間にＲＴＢが二つ
介挿されていることに起因している。

【００１８】この結果、ＲＨＥＴ３１及び３１′とＭＥ
構造のＲＨＥＴを用いた状態保持回路では、電源電圧を
高くする必要があり、他の回路との整合がとれない。

【００１９】一般に、ＲＨＥＴを用いた集積回路装置に
於ける消費電力を低減させるには、ＲＨＥＴを能動素子
とし、ＲＴＢを負荷素子とする回路が有効である。

【００２０】図１５はＲＨＥＴとＲＴＢを用いたＸＮＯ
Ｒゲートの要部回路図であり（要すれば特願平４−２９
２７１５号を参照）、図１１に於いて用いた記号と同記
号は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００２１】図に於いて、１１はＲＴＢを利用した負荷
素子を示している。ここで、負荷素子１１はＲＨＥＴ１
と同じ構造からなるＲＨＥＴをダイオード接続し、その
ＲＴＢを利用しているものである。

【００２２】図１６は図１５に見られるＸＮＯＲゲート
の動作を解説する為の線図であり、図１２或いは図１４
に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同
じ意味を持つものとする。

【００２３】図に於いて、（Ａ）は入出力特性、（Ｂ）
はＶ_CE−Ｉ_C特性、Ｖ_ONはＲＨＥＴがオンになる動作点
（ロー・レベル）、Ｖ_OFFはＲＨＥＴがオフになる動作
点（ハイ・レベル）をそれぞれ示している。尚、入出力
特性（Ａ）は通常接続のＲＨＥＴ、即ち、ＲＨＥＴ１に
関するものである。また、ダイオード接続された負荷素
子１１の特性線も略同じであるが、入出力特性を電圧・
電流特性と読み変えなければならない。

【００２４】図の入出力特性（Ａ）に見られるように、
通常のＲＨＥＴに於けるピーク電圧Ｖ_Pは０．６〔Ｖ〕
程度、バレー電圧Ｖ_Vは１．２〔Ｖ〕であり、従って、
Ｖ_BE＞１．２〔Ｖ〕では、コレクタ電流Ｉ_Cは大きくな
ってしまう。

【００２５】因に、ピーク電圧Ｖ_Pが０．６〔Ｖ〕であ
るのは、例えばＩｎＧａＡｓをベースとしたＲＨＥＴで
は、Γ谷−Ｌ谷間のエネルギ差が〜０．５５〔ｅＶ〕で
あることから、物性的に決まってしまう値である。

【００２６】前記したところから、Ｖ_CE−Ｉ_C特性に於
いて、電源電圧が〜２〔Ｖ〕の状態では、ＲＨＥＴがオ
ンのときの動作点Ｖ_ONは、１．８〔Ｖ〕程度となり、Ｒ
ＴＢの特性ではバレーを越えているので、当然、電流は
立ち上がってしまい、充分に小さくすることはできな
い。

【００２７】このような問題を解決するには、電源電圧
を下げることが必要である。然しながら、そのようにす
ると、ゲートの動作余裕がなくなる、即ち、ハイ・レベ
ルとロー・レベルの差が小さくなり、実用にならない。

【００２８】本発明では、同一基板上にピーク電圧Ｖ_P
を異にするＲＨＥＴ或いはＲＴＢを簡単且つ容易に形成
し、それ等の素子の中から最適な素子を選択して回路を
構成できるようにする。

【００２９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理を解
説する為のホット・キャリヤ半導体装置に於ける入出力
特性を説明する為の線図であり、図１２、図１３、図１
６に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは
同じ意味を持つものとする。

【００３０】図に於いて、ＲＴ１はピーク電圧Ｖ_P及び
バレー電圧Ｖ_Vが共に低い第一のＲＨＥＴに関する入出
力特性線、ＲＴ２はピーク電圧Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_V
が共に高い第二のＲＨＥＴに関する入出力特性線をそれ
ぞれ示している。

【００３１】現用の各種論理回路を構成するには、第一
のＲＨＥＴに関するピーク電圧Ｖ_Pを例えば約０．６
〔Ｖ〕程度とし、そして、第二のＲＨＥＴに関するピー
ク電圧Ｖ_Pを例えば約０．９〔Ｖ〕程度としておくこと
で、かなり広い範囲に亙って対応することが可能であ
る。

【００３２】図２は第一のＲＨＥＴを用いて構成したＸ
ＮＯＲゲートを説明する為の要部回路図である。

【００３３】図に於いて、２１はＲＨＥＴ、２２は入力
抵抗、２３は入力抵抗、２４はベース・バイアス抵抗、
２５は負荷抵抗、２６は入力端、２７は入力端、２８は
出力端、２９はＶ_DD供給線、３０は接地線をそれぞれ示
している。

【００３４】図示のＲＨＥＴ２１は、前記したように、
例えば約０．６〔Ｖ〕である低いピーク電圧Ｖ_Pをもつ
ものであり、これに依って、適切な動作を行なうＸＮＯ
Ｒゲートを構成することが可能である。

【００３５】図３は第二のＲＨＥＴを用いて構成したＮ
ＯＲゲートを説明する為の要部回路図であり、図２に於
いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意
味を持つものとする。図に於いて、３１はＲＨＥＴを示
している。

【００３６】図示のＲＨＥＴ３１は、前記したように、
例えば約０．９〔Ｖ〕である高いピーク電圧Ｖ_Pをもつ
ものであり、これに依って、適切な動作を行なうＮＯＲ
ゲートを構成することが可能である。

【００３７】図４は図２及び図３に見られるＸＮＯＲゲ
ート及びＮＯＲゲートに関する入出力特性を説明する為
の線図であり、横軸にはベース・エミッタ間電圧Ｖ
_BEを、また、縦軸にはコレクタ電流Ｉ_Cをそれぞれ採っ
てある。尚、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分
を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００３８】図に於いて、（Ａ）はＸＮＯＲゲートに関
する特性、（Ｂ）はＮＯＲゲートに関する特性、Ｌ_{B1 ,}
Ｌ_{B2 ,}Ｌ_B3はベースに対する負荷線をそれぞれ示してい
る。

【００３９】図から明らかなように、ＸＮＯＲゲートも
ＮＯＲゲートもバランスの良い動作をすることが可能で
あり、このような整合性の良い両ゲートを構成するのに
必要とされることは、ＲＨＥＴ２１とＲＨＥＴ３１の何
れを選択するかのみで良い。

【００４０】従って、入力抵抗２２、入力抵抗２３、ベ
ース・バイアス抵抗２４、負荷抵抗２５などの定数変更
は不要であり、ＸＮＯＲゲート及びＮＯＲゲートの両者
とも全く同じ定数のものを使用して良く、また、ＲＨＥ
Ｔ２１とＲＨＥＴ３１の大きさを変えることも不要であ
る。

【００４１】図５は第一のＲＨＥＴと第二のＲＨＥＴを
用いて構成した状態保持回路を説明する為の要部回路図
であり、図２及び図３に於いて用いた記号と同記号は同
部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００４２】図に於いて、３２は抵抗を示している。

【００４３】図示されているように、共鳴トンネリング
・ダイオードとして用いるＲＨＥＴは、ピーク電圧Ｖ_P
が低いＲＨＥＴ、即ち、第一のＲＨＥＴであるＲＨＥＴ
２１を用い、電圧増幅用のＲＨＥＴは、ピーク電圧Ｖ_P
が高いＲＨＥＴ、即ち、第二のＲＨＥＴであるＲＨＥＴ
３１を用いている。

【００４４】このように、ピーク電圧Ｖ_Pを異にするＲ
ＨＥＴ２１及びＲＨＥＴ３１を用いれば、接合面積が同
一であるものを用いながら、目的を達成することができ
る。このように、接合面積が同一であれば、寄生抵抗の
影響も全てのＲＨＥＴで同じであるから、回路設計の容
易性や動作特性の均一性が向上する。

【００４５】因みに、図１３に見られる従来の状態保持
回路に於いては、ＲＨＥＴ３１及びＲＨＥＴ３１′は同
じ特性、即ち、ピーク電圧Ｖ_Pやバレー電圧Ｖ_Vが同じ
であるものを用いているから、回路を機能させる為に
は、抵抗２２や抵抗２３などを他のＮＯＲ回路やＸＮＯ
Ｒ回路のものに変えたり、それでも不充分である場合に
は、ＲＨＥＴ３１に比較して接合面積が大きいＲＨＥＴ
をＲＨＥＴ３１′として用いるようにしている。

【００４６】然しながら、高密度の集積回路装置を製造
するに際し、加工上の最小寸法の限界まで微細化する場
合、トランジスタの接合面積が全て同一であることが望
ましい。

【００４７】また、接合面積が異なるトランジスタを用
いると、ベース抵抗やエミッタ抵抗の影響で、ピーク電
圧Ｖ_Pやバレー電圧Ｖ_Vが設計通りに制御できない旨の
問題も起こる。然しながら、本発明では、ピーク電圧Ｖ
_Pやバレー電圧Ｖ_Vを適宜に選択することで、接合面積
は同一のＲＨＥＴを用いることができるので、そのよう
な問題は生じない。

【００４８】前記したところから明らかなように、ＲＨ
ＥＴに於けるベース・コレクタ間を短絡して、所謂、ダ
イオード接続とし、そのＲＴＢを用いることで種々と特
徴のある論理回路を構成することができる。

【００４９】図６は第一のＲＨＥＴを能動素子とし、且
つ、第二のＲＨＥＴを負荷素子（ＲＴＢ）としたＸＮＯ
Ｒゲートに関する特性を表す線図であり、図１６に於い
て用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味
を持つものとする。図に於いて、（Ａ）はＲＴＢの電圧
−電流特性、（Ｂ）はＩ_C−Ｖ_CE特性をそれぞれ示して
いる。

【００５０】ここで、電圧−電流特性（Ａ）は、ピーク
電圧Ｖ_Pが高いＲＨＥＴである第二のＲＨＥＴのベース
・コレクタ間を短絡してダイオード接続とした素子に於
けるＲＴＢの電圧−電流特性であって、この素子をＸＮ
ＯＲゲートの負荷として用いる。尚、ここでは、第二の
ＲＨＥＴとしてピーク電圧Ｖ_Pが０．９〔Ｖ〕のものを
用いている。

【００５１】また、能動素子としては、ピーク電圧Ｖ_P
が低いＲＨＥＴである第一のＲＨＥＴを用いている。
尚、ここでは、第一のＲＨＥＴとしてピーク電圧Ｖ_Pが
０．６〔Ｖ〕であるのものを用いている。

【００５２】図７は第二のＲＨＥＴを能動素子とし、且
つ、第二のＲＨＥＴを負荷素子（ＲＴＢ）としたＮＯＲ
ゲートに関する特性を表す線図であり、図６及び図１６
に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同
じ意味を持つものとする。図に於いて、（Ａ）はＲＴＢ
の電圧−電流特性、（Ｂ）はＩ_C−Ｖ_CE特性をそれぞれ
示している。

【００５３】ここで、電圧−電流特性（Ａ）は、ＸＮＯ
Ｒゲートの場合と同様、ピーク電圧Ｖ_Pが高いＲＨＥＴ
である第二のＲＨＥＴのベース・コレクタ間を短絡して
ダイオード接続とした素子に於けるＲＴＢの電圧−電流
特性であって、この素子をＮＯＲゲートの負荷として用
いる。尚、ここでは、第二のＲＨＥＴとしてピーク電圧
Ｖ_Pが０．９〔Ｖ〕のものを用いている。

【００５４】また、能動素子としては、前記負荷と同
様、ピーク電圧Ｖ_Pが高いＲＨＥＴである第二のＲＨＥ
Ｔを用いている。

【００５５】図６を参照しつつ、本発明の原理を適用し
たＸＮＯＲゲートの動作について説明する。

【００５６】二つの入力が（０，０）である場合、ＲＨ
ＥＴである能動素子はオフ、ＲＴＢである負荷素子は立
ち上がりの近傍にあり、出力はハイ・レベル（“１”）
となる。

【００５７】二つの入力が（０，１）或いは（１，０）
である場合、能動素子（ＲＨＥＴ）はオンとなり、負荷
素子（ＲＴＢ）はバレー領域に入る為、出力はロー・レ
ベル（“０”）となる。

【００５８】二つの入力が（１，１）である場合、能動
素子（ＲＨＥＴ）はバレー領域に入ってオフとなり、負
荷素子（ＲＴＢ）は立ち上がるので、出力は再びハイ・
レベル（“１”）となって、ＸＮＯＲゲートの動作を行
なう。

【００５９】図７を参照しつつ、本発明の原理を適用し
たＮＯＲゲートの動作について説明する。

【００６０】二つの入力が（０，０）である場合には、
ＸＮＯＲゲートと同様、出力はハイ・レベル（“１”）
となる。

【００６１】二つの入力が（０，１）或いは（１，０）
である場合には、ＸＮＯＲゲートと同様、出力はロー・
レベル（“０”）となる。

【００６２】二つの入力が（１，１）である場合、能動
素子（ＲＨＥＴ）のピーク電圧Ｖ_Pが高い為にバレー領
域には入らず、従って、出力はロー・レベル（“０”）
となって、ＮＯＲゲートの動作を行なう。

【００６３】前記ＸＮＯＲゲート及びＮＯＲゲートの何
れに於いても、動作点での電流が小さいので、消費電力
は少ない。

【００６４】前記したところから明らかであるが、ＸＮ
ＯＲゲートでは、能動素子となるＲＨＥＴとしてピーク
電圧Ｖ_Pが低いものを用い、また、負荷素子（ＲＴＢ）
となるＲＨＥＴとしてピーク電圧Ｖ_Pが高いものを用い
ることで、負荷素子、即ち、ＲＴＢのバレー電圧Ｖ_Vを
高くして電圧利得を向上させている。

【００６５】また、ＮＯＲゲートでは、ＲＨＥＴのピー
ク電圧Ｖ_Pが高いものを用い、入力が（１, １）であっ
ても、バレー領域に入らないようにしている。

【００６６】前記したようなことから、本発明に依るホ
ット・キャリヤ半導体装置に於いては、（１）同一基板
上にピーク電圧Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vを異にした第一
の共鳴トンネリング・トランジスタと第二の共鳴トンネ
リング・トランジスタとが形成されてなることを特徴と
するか、或いは、

【００６７】（２）前記（１）に於いて、第一の共鳴ト
ンネリング・トランジスタに於けるエミッタ電極をオー
ミック・コンタクトにすると共に第二の共鳴トンネリン
グ・トランジスタに於けるエミッタ電極をショットキ・
コンタクトにすることでピーク電圧Ｖ_P並びにバレー電
圧Ｖ_Vを相違させたことを特徴とするか、或いは、

【００６８】（３）前記（１）に於いて、第一の共鳴ト
ンネリング・トランジスタに於ける共鳴トンネリング・
バリヤからなるエミッタ・バリヤ層に対し第二の共鳴ト
ンネリング・トランジスタに於ける共鳴トンネリング・
バリヤからなるエミッタ・バリヤ層に於ける井戸層の厚
さを変えることでピーク電圧Ｖ_P並びにバレー電圧Ｖ_V
を相違させたことを特徴とするか、或いは、

【００６９】（４）前記（１）に於いて、第二の共鳴ト
ンネリング・トランジスタに於けるベース電極をエミッ
タ層にオーミック・コンタクトさせてエミッタ電極との
間に二つの共鳴トンネリング・バリヤを介在させてなる
ことを特徴とするか、或いは、

【００７０】（５）同一基板上に形成されてピーク電圧
Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vを異にした第一の共鳴トンネリ
ング・トランジスタと第二の共鳴トンネリング・トラン
ジスタを能動素子とすると共に同一定数の抵抗を用いて
構成され且つ同一電源を用いて駆動されるＸＮＯＲゲー
ト及びＮＯＲゲートが組み込まれてなることを特徴とす
るか、或いは、

【００７１】（６）同一基板上に形成されてピーク電圧
Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vを異にした第一の共鳴トンネリ
ング・トランジスタと第二の共鳴トンネリング・トラン
ジスタをダイオード接続された状態保持用トランジスタ
並びに電圧増幅用トランジスタとして用いた状態保持回
路が組み込まれてなることを特徴とするか、或いは、

【００７２】（７）前記（４）に於いて、第一の共鳴ト
ンネリング・トランジスタを能動素子とすると共に第二
の共鳴トンネリング・トランジスタに於けるベース・コ
レクタ間を短絡して負荷素子としたＸＮＯＲゲートが組
み込まれてなることを特徴とするか、或いは、

【００７３】（８）前記（４）に於いて、第二の共鳴ト
ンネリング・トランジスタを能動素子とすると共に第二
の共鳴トンネリング・トランジスタに於けるベース・コ
レクタ間を短絡して負荷素子としたＮＯＲゲートが組み
込まれてなることを特徴とする。

【００７４】

【作用】前記手段を採ることに依り、消費電力が小さ
く、電圧利得が大きく、動作余裕が充分な論理回路を構
成することができ、しかも、それを可能にするＲＨＥ
Ｔ、即ち、ピーク電圧Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vを異にす
るＲＨＥＴを同一基板上に形成するには、別段特殊な技
術は必要とせず、従来から多用されてきた技術を適用し
て容易に作成することができる。

【００７５】

【実施例】図８は本発明に於ける第一実施例を解説する
為のホット・キャリヤ半導体装置を表す要部切断側面図
である。

【００７６】図に於いて、４０Ｌはピーク電圧Ｖ_Pが低
い第一のＲＨＥＴ、４０Ｈはピーク電圧Ｖ_Pが高い第二
のＲＨＥＴ、４１は基板、４２はバッファ層、４３はコ
レクタ層、４４はコレクタ・バリヤ層、４５はベース
層、４６はＲＴＢからなるエミッタ・バリヤ層、４７は
エミッタ層、４８はエミッタ・コンタクト層、４９Ｌは
第一のＲＨＥＴに於けるエミッタ電極、４９Ｈは第二の
ＲＨＥＴに於けるエミッタ電極、５１はベース電極、５
２はコレクタ電極をそれぞれ示している。

【００７７】図示の第一実施例に於ける各部分に関する
主要なデータを例示すると次の通りである。（１）基板４１について材料：半絶縁性ＩｎＰ（２）バッファ層４２について材料：ｉ−ＩｎＡｌＡｓ厚さ：２００〔ｎｍ〕

【００７８】（３）コレクタ層４３について材料：ｎ⁺−ＩｎＧａＡｓ不純物濃度：５×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：３００〔ｎｍ〕（４）コレクタ・バリヤ層４４について材料：ｉ−Ｉｎ（ＡｌＧａ）Ａｓ厚さ：２００〔ｎｍ〕

【００７９】（５）ベース層４５について材料：ｎ−ＩｎＧａＡｓ不純物濃度：１×１０¹⁸〔cm^-3〕厚さ：３０〔ｎｍ〕（６）ＲＴＢからなるエミッタ・バリヤ層４６につい
てバリヤ層材料：ｉ−ＩｎＡｌＡｓ厚さ：３．０〔ｎｍ〕井戸層材料：ｉ−ＩｎＧａＡｓ厚さ：３．０〔ｎｍ〕

【００８０】（７）エミッタ層４７について材料：ｎ−ＩｎＧａＡｓ不純物濃度：５×１０¹⁹〔cm^-3〕厚さ：２００〔ｎｍ〕（８）エミッタ・コンタクト層４８について材料：ｎ−ＩｎＡｌＡｓ不純物濃度：１×１０¹⁷〔cm^-3〕厚さ：１００〔ｎｍ〕

【００８１】（９）エミッタ電極４９Ｌ及び４９Ｈに
ついて材料：Ｃｕ／Ａｕ厚さ：２０〔ｎｍ〕／３００〔ｎｍ〕

【００８２】第一実施例に於ける第二のＲＨＥＴ４０Ｈ
のエミッタ電極４９Ｈはｎ−ＩｎＡｌＡｓからなるエミ
ッタ・コンタクト層４８上に形成されてショットキ・コ
ンタクトしているので、第二のＲＨＥＴ４０Ｈは、通常
のエミッタ電極４９Ｌをもつ第一のＲＨＥＴ４０Ｌに比
較すると、立ち上がり電圧が約０．６〔Ｖ〕程度高くな
っている。

【００８３】従って、第一のＲＨＥＴ４０Ｌのピーク電
圧Ｖ_Pを低く、且つ、第二のＲＨＥＴ４０Ｈのピーク電
圧Ｖ_Pは高くすることができるのである。

【００８４】図９は本発明に於ける第二実施例を解説す
る為のホット・キャリヤ半導体装置を表す要部切断側面
図であり、図８に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００８５】図に於いて、４９は第一のＲＨＥＴ４０Ｌ
及び第二のＲＨＥＴ４０Ｈに於けるエミッタ電極、５３
は第二のＲＨＥＴ４０Ｈに於けるＲＴＢからなるエミッ
タ・バリヤ層をそれぞれ示している。

【００８６】第二実施例に於ける第二のＲＨＥＴ４０Ｈ
に於けるＲＴＢからなるエミッタ・バリヤ層５３は、第
一のＲＨＥＴ４０Ｌに於けるＲＴＢからなるエミッタ・
バリヤ層４６とは相違している。

【００８７】即ち、第二実施例では、エミッタ・バリヤ
層４６を全面に形成してから、第二のＲＨＥＴ４０Ｈの
部分に在るエミッタ・バリヤ層４６のみを選択的に除去
し、その跡に新たにエミッタ・バリヤ層５３を選択的に
形成する。

【００８８】従って、エミッタ・バリヤ層５３は、エミ
ッタ・バリヤ層４６の制約を離れ、その構造を任意に設
定することができる。因に、ＲＴＢでは、井戸幅（井戸
層の厚さ）を狭くするとピーク電圧Ｖ_Pは高くなり、そ
して、広くするとピーク電圧Ｖ_Pは低くなる。

【００８９】図１０は本発明に於ける第三実施例を解説
する為のホット・キャリヤ半導体装置を表す要部切断側
面図であり、図８及び図９に於いて用いた記号と同記号
は同部分を表すか或いは同じ意味を持つものとする。

【００９０】図から明らかなように、第二のＲＨＥＴ４
０Ｈに於けるベース電極５１は、エミッタ層４７の表面
に形成してオーミック・コンタクトさせてあり、従っ
て、ベース層４５との間には、エミッタ層４７及びＲＴ
Ｂからなるエミッタ・バリヤ層４６が介在している。

【００９１】従って、第二のＲＨＥＴ４０Ｈに於いて
は、エミッタ・ベース間に二つのＲＴＢが介挿された構
成になっていて、立ち上がり電圧、ピーク電圧Ｖ_P、バ
レー電圧Ｖ_Vの全てに亙って第一のＲＨＥＴ４０Ｌの約
１．５倍になっている。尚、この場合の第二のＲＨＥＴ
４０Ｈは、ＭＥ構造になっていると考えて良い。

【００９２】

【発明の効果】本発明に依るホット・キャリヤ半導体装
置に於いては、同一基板上にピーク電圧Ｖ_P及びバレー
電圧Ｖ_Vを異にした第一の共鳴トンネリング・トランジ
スタと第二の共鳴トンネリング・トランジスタとが形成
されている。

【００９３】前記構成を採ることに依り、消費電力が小
さく、電圧利得が大きく、動作余裕が充分な論理回路を
構成することができ、しかも、それを可能にするＲＨＥ
Ｔ、即ち、ピーク電圧Ｖ_P及びバレー電圧Ｖ_Vを異にす
るＲＨＥＴを同一基板上に形成するには、別段特殊な技
術は必要とせず、従来から多用されてきた技術を適用し
て容易に作成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理を解説する為のホット・キャリヤ
半導体装置に於ける入出力特性を説明する為の線図であ
る。

【図２】第一のＲＨＥＴを用いて構成したＸＮＯＲゲー
トを説明する為の要部回路図である。

【図３】第二のＲＨＥＴを用いて構成したＮＯＲゲート
を説明する為の要部回路図である。

【図４】図２及び図３に見られるＸＮＯＲゲート及びＮ
ＯＲゲートに関する入出力特性を説明する為の線図であ
る。

【図５】第一のＲＨＥＴと第二のＲＨＥＴを用いて構成
した状態保持回路を説明する為の要部回路図である。

【図６】第一のＲＨＥＴを能動素子とし、且つ、第二の
ＲＨＥＴを負荷素子（ＲＴＢ）としたＸＮＯＲゲートに
関する特性を表す線図である。

【図７】第二のＲＨＥＴを能動素子とし、且つ、第二の
ＲＨＥＴを負荷素子（ＲＴＢ）としたＮＯＲゲートに関
する特性を表す線図である。

【図８】本発明に於ける第一実施例を解説する為のホッ
ト・キャリヤ半導体装置を表す要部切断側面図である。

【図９】本発明に於ける第二実施例を解説する為のホッ
ト・キャリヤ半導体装置を表す要部切断側面図である。

【図１０】本発明に於ける第三実施例を解説する為のホ
ット・キャリヤ半導体装置を表す要部切断側面図であ
る。

【図１１】ＳＥ（ｓｉｎｇｌｅｅｍｉｔｔｅｒ）構造
のＲＨＥＴを用いたＮＯＲゲート或いはＸＮＯＲゲート
の要部回路図である。

【図１２】図１１に見られるＮＯＲゲート或いはＸＮＯ
Ｒゲートの動作を解説する為の入出力特性を表す線図で
ある。

【図１３】ＭＥ構造のＲＨＥＴを用いた状態保持回路を
表す要部回路図である。

【図１４】図１３に見られる状態保持回路の動作を解説
する為の入出力特性を表す線図である。

【図１５】ＲＨＥＴとＲＴＢを用いたＸＮＯＲゲートの
要部回路図である。

【図１６】図１５に見られるＸＮＯＲゲートの動作を解
説する為の線図である。

【符号の説明】

４０Ｌピーク電圧Ｖ_Pが低い第一のＲＨＥＴ４０Ｈピーク電圧Ｖ_Pが高い第二のＲＨＥＴ４１基板４２バッファ層４３コレクタ層４４コレクタ・バリヤ層４５ベース層４６ＲＴＢからなるエミッタ・バリヤ層４７エミッタ層４８エミッタ・コンタクト層４９Ｌ第一のＲＨＥＴに於けるエミッタ電極４９Ｈ第二のＲＨＥＴに於けるエミッタ電極５１ベース電極５２コレクタ電極４９第一のＲＨＥＴ４０Ｌ及び第二のＲＨＥＴ４０Ｈ
に於けるエミッタ電極５３第二のＲＨＥＴ４０Ｈに於けるＲＴＢからなるエ
ミッタ・バリヤ層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一基板上にピーク電圧Ｖ_P及びバレー電
圧Ｖ_Vを異にした第一の共鳴トンネリング・トランジス
タと第二の共鳴トンネリング・トランジスタとが形成さ
れてなることを特徴とするホット・キャリヤ半導体装
置。
【請求項２】第一の共鳴トンネリング・トランジスタに
於けるエミッタ電極をオーミック・コンタクトにすると
共に第二の共鳴トンネリング・トランジスタに於けるエ
ミッタ電極をショットキ・コンタクトにすることでピー
ク電圧Ｖ_P並びにバレー電圧Ｖ_Vを相違させたことを特
徴とする請求項１記載のホット・キャリヤ半導体装置。
【請求項３】第一の共鳴トンネリング・トランジスタに
於ける共鳴トンネリング・バリヤからなるエミッタ・バ
リヤ層に対し第二の共鳴トンネリング・トランジスタに
於ける共鳴トンネリング・バリヤからなるエミッタ・バ
リヤ層に於ける井戸層の厚さを変えることでピーク電圧
Ｖ_P並びにバレー電圧Ｖ_Vを相違させたことを特徴とす
る請求項１記載のホット・キャリヤ半導体装置。
【請求項４】第二の共鳴トンネリング・トランジスタに
於けるベース電極をエミッタ層にオーミック・コンタク
トさせてエミッタ電極との間に二つの共鳴トンネリング
・バリヤを介在させてなることを特徴とする請求項１記
載のホット・キャリヤ半導体装置。
【請求項５】同一基板上に形成されてピーク電圧Ｖ_P及
びバレー電圧Ｖ_Vを異にした第一の共鳴トンネリング・
トランジスタと第二の共鳴トンネリング・トランジスタ
を能動素子とすると共に同一定数の抵抗を用いて構成さ
れ且つ同一電源を用いて駆動されるＸＮＯＲゲート及び
ＮＯＲゲートが組み込まれてなることを特徴とするホッ
ト・キャリヤ半導体装置。
【請求項６】同一基板上に形成されてピーク電圧Ｖ_P及
びバレー電圧Ｖ_Vを異にした第一の共鳴トンネリング・
トランジスタと第二の共鳴トンネリング・トランジスタ
をダイオード接続された状態保持用トランジスタ並びに
電圧増幅用トランジスタとして用いた状態保持回路が組
み込まれてなることを特徴とするホット・キャリヤ半導
体装置。
【請求項７】第一の共鳴トンネリング・トランジスタを
能動素子とすると共に第二の共鳴トンネリング・トラン
ジスタに於けるベース・コレクタ間を短絡して負荷素子
としたＸＮＯＲゲートが組み込まれてなることを特徴と
する請求項４記載のホット・キャリヤ半導体装置。
【請求項８】第二の共鳴トンネリング・トランジスタを
能動素子とすると共に第二の共鳴トンネリング・トラン
ジスタに於けるベース・コレクタ間を短絡して負荷素子
としたＮＯＲゲートが組み込まれてなることを特徴とす
る請求項４記載のホット・キャリヤ半導体装置。