JPH0760827B2 - 高速半導体装置 - Google Patents
高速半導体装置Info
- Publication number
- JPH0760827B2 JPH0760827B2 JP61045364A JP4536486A JPH0760827B2 JP H0760827 B2 JPH0760827 B2 JP H0760827B2 JP 61045364 A JP61045364 A JP 61045364A JP 4536486 A JP4536486 A JP 4536486A JP H0760827 B2 JPH0760827 B2 JP H0760827B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- collector
- emitter
- base
- conductivity type
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- Expired - Lifetime
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- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は、高速半導体装置に於いて、エミッタ層とコレ
クタ層とにそれぞれ量子井戸を設けることに依り、所定
コレクタ・エミッタ間電圧VCEに対してコレクタ電流IC
がピークをもつような特性にし、前記高速半導体装置が
倍周波機能、エクスクルージブ・ノア機能、多値メモリ
機能などを発揮できるようにする。
クタ層とにそれぞれ量子井戸を設けることに依り、所定
コレクタ・エミッタ間電圧VCEに対してコレクタ電流IC
がピークをもつような特性にし、前記高速半導体装置が
倍周波機能、エクスクルージブ・ノア機能、多値メモリ
機能などを発揮できるようにする。
本発明は、ヘテロ接合バイポーラ・トランジスタ（hete
rojunction bipolar transistor:HBT）と呼ばれる縦型
の高速半導体装置の改良に関する。
rojunction bipolar transistor:HBT）と呼ばれる縦型
の高速半導体装置の改良に関する。
近年、例えばAlGaAs/GaAsなどのヘテロ接合を利用した
半導体装置の開発・研究が盛んであるが、特に、HBTは
電流駆動能力が大きいことから注目されている。
半導体装置の開発・研究が盛んであるが、特に、HBTは
電流駆動能力が大きいことから注目されている。
第７図は従来のHBTを説明する為の要部切断側面図を表
している。
している。
図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はn+型GaAsコレ
クタ・コンタクト層、３はｎ型GaAsコレクタ層、４はp+
型GaAsベース層、4Aはp+型ベース・コンタクト領域、５
はｎ型AlGaAsエミッタ層、６はn+型GaAsエミッタ・コン
タクト層、７はエミッタ電極、８はベース電極、９はコ
レクタ電極、10は絶縁分離用溝をそれぞれ示している。
クタ・コンタクト層、３はｎ型GaAsコレクタ層、４はp+
型GaAsベース層、4Aはp+型ベース・コンタクト領域、５
はｎ型AlGaAsエミッタ層、６はn+型GaAsエミッタ・コン
タクト層、７はエミッタ電極、８はベース電極、９はコ
レクタ電極、10は絶縁分離用溝をそれぞれ示している。
このHBTに於ける諸部分の主要データを例示すると次の
通りである。
通りである。
n+型GaAsコレクタ・コンタクト層２について 厚さ:5000〔Å〕 不純物濃度:6×1018〔cm-3〕 ｎ型GaAsコレクタ層３について 厚さ:3000〔Å〕 不純物濃度:1×1017〔cm-3〕 p+型GaAsベース層４について 厚さ:1000〔Å〕 不純物濃度:5×1018〔cm-3〕 p+型ベース・コンタクト領域4Aについて 不純物濃度:5×1018〔cm-3〕 ｎ型AlGaAsエミッタ層５について 厚さ:1500〔Å〕 不純物濃度:5×1017〔cm-3〕 n+型GaAsエミッタ・コンタクト層６について 厚さ:3000〔cm-3〕 不純物濃度:6×1018〔cm-3〕 エミッタ電極７について 材料:Au・Ge/Au 厚さ:200〔Å〕/2800〔Å〕 ベース電極８について 材料:Au/Zn/Au 厚さ:100〔Å〕/100〔Å〕/3000 〔Å〕 コレクタ電極９について 材料:Au・Ge/Au 厚さ:200/2800〔Å〕 このHBTでは、エミッタとしてAlGaAsを用いているの
で、ベースと比較するワイド・バンド・ギャップになっ
ているから、エミッタのキャリヤ注入効率が良好であ
り、従って、ベースを高不純物濃度にしてベース抵抗を
充分に低くしても、電流増幅率hFEは大きな値となる。
で、ベースと比較するワイド・バンド・ギャップになっ
ているから、エミッタのキャリヤ注入効率が良好であ
り、従って、ベースを高不純物濃度にしてベース抵抗を
充分に低くしても、電流増幅率hFEは大きな値となる。
前記説明した通り、HBTは高速で且つ電流増幅率hFEが大
である旨の優れた特性を有しているので、このような特
性に加え、単なる増幅だけでなく、新しい機能をもたせ
ることができれば、HBTの用途が拡大されるだけでな
く、既存の回路或いは電子機器の性能を向上させること
が可能となる。
である旨の優れた特性を有しているので、このような特
性に加え、単なる増幅だけでなく、新しい機能をもたせ
ることができれば、HBTの用途が拡大されるだけでな
く、既存の回路或いは電子機器の性能を向上させること
が可能となる。
本発明は、HBTの構造に簡単な改変を加え、倍周波機能
やエクスクルーシブ・ノア（exclusive nor:EXNOR）機
能さらには多値メモリ機能をもたせようとするものであ
る。
やエクスクルーシブ・ノア（exclusive nor:EXNOR）機
能さらには多値メモリ機能をもたせようとするものであ
る。
本発明に依る高速半導体装置に於いては、一導電型ベー
ス層（例えばp+型GaAsベース層４）との界面にヘテロ接
合を形成する為に該一導電型ベース層のエネルギ・バン
ド・ギャップに比較して広いそれを有する反対導電型エ
ミッタ層（例えばｎ型AlGaAsエミッタ層５）と、該反対
導電型エミッタ層に設けられた少なくとも一つの量子井
戸と、前記一導電型ベース層を介して前記反対導電型エ
ミッタ層に対向している反対導電型コレクタ層（例えば
ｎ型GaAsコレクタ層３）と、該反対導電型コレクタ層に
設けられた少なくとも一つの量子井戸とを備えてなる構
成になっている。
ス層（例えばp+型GaAsベース層４）との界面にヘテロ接
合を形成する為に該一導電型ベース層のエネルギ・バン
ド・ギャップに比較して広いそれを有する反対導電型エ
ミッタ層（例えばｎ型AlGaAsエミッタ層５）と、該反対
導電型エミッタ層に設けられた少なくとも一つの量子井
戸と、前記一導電型ベース層を介して前記反対導電型エ
ミッタ層に対向している反対導電型コレクタ層（例えば
ｎ型GaAsコレクタ層３）と、該反対導電型コレクタ層に
設けられた少なくとも一つの量子井戸とを備えてなる構
成になっている。
このような手段を採ることに依り、前記高速半導体装置
が倍周波機能、エクスクルーシブ・ノア機能、多値メモ
リ機能などをもつようにすることができる。
が倍周波機能、エクスクルーシブ・ノア機能、多値メモ
リ機能などをもつようにすることができる。
第１図は本発明一実施例を説明する為のもので、（Ａ）
は要部切断側面図、（Ｂ）は要部のエネルギ・バンド・
ダイヤグラムを表し、第７図に於いて用いた記号と同記
号と同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
は要部切断側面図、（Ｂ）は要部のエネルギ・バンド・
ダイヤグラムを表し、第７図に於いて用いた記号と同記
号と同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、3Aはバリヤ層、3Bは井戸層、5Aはバリヤ
層、5Bは井戸層、S1乃至S4は層厚をそれぞれ示してい
る。
層、5Bは井戸層、S1乃至S4は層厚をそれぞれ示してい
る。
本実施例が第７図について説明した従来のHBTと相違す
る点は、ｎ型GaAsコレクタ層３とｎ型AlGaAsエミッタ層
５とに一つ以上の量子井戸（quantum well:QW）を設け
たことである。
る点は、ｎ型GaAsコレクタ層３とｎ型AlGaAsエミッタ層
５とに一つ以上の量子井戸（quantum well:QW）を設け
たことである。
さて、ｎ型AlGaAsエミッタ層５に於けるQWはAlXGa1-XAs
（ｘ＝０〜１）とGaAsからなっていて、図（Ｂ）のS3及
びS4は700〔Å〕、AlAsからなるバリヤ層5Aの厚さは50
〔Å〕、GaAsからなる井戸層5Bの厚さも50〔Å〕であ
る。
（ｘ＝０〜１）とGaAsからなっていて、図（Ｂ）のS3及
びS4は700〔Å〕、AlAsからなるバリヤ層5Aの厚さは50
〔Å〕、GaAsからなる井戸層5Bの厚さも50〔Å〕であ
る。
このように、ｎ型AlGaAsエミッタ層５にQWを形成する
と、所謂、共鳴トンネリング現象が起きるので、ベース
・エミッタ間電圧VBEを或る値にしたときにエミッタ電
流IEが急激に流れ、それ以外の場合には激減するように
なる。
と、所謂、共鳴トンネリング現象が起きるので、ベース
・エミッタ間電圧VBEを或る値にしたときにエミッタ電
流IEが急激に流れ、それ以外の場合には激減するように
なる。
また、ｎ型GaAsコレクタ層３に於けるQWは少なくともAl
AsとGaAsからなっていて、図（Ｂ）に示されているS1及
びS2は1400〔Å〕、AlAsからなるバリヤ層3Aの厚さは50
〔Å〕、GaAsからなる井戸層3Bの厚さも50〔Å〕であ
る。
AsとGaAsからなっていて、図（Ｂ）に示されているS1及
びS2は1400〔Å〕、AlAsからなるバリヤ層3Aの厚さは50
〔Å〕、GaAsからなる井戸層3Bの厚さも50〔Å〕であ
る。
このように、ｎ型GaAsコレクタ層３にQWを形成すると、
ベース・コレクタ間電圧VBCを或る値にしたときにベー
ス電流IBが急激に流れ、それ以外の場合には激減するよ
うになる。
ベース・コレクタ間電圧VBCを或る値にしたときにベー
ス電流IBが急激に流れ、それ以外の場合には激減するよ
うになる。
第２図はベース・エミッタ間電圧VBE対エミッタ電流IE
の特性を説明する為の線図であり、横軸にベース・エミ
ッタ間電圧VBEを、また、縦軸にエミッタ電流IEをそれ
ぞれ採ってある。
の特性を説明する為の線図であり、横軸にベース・エミ
ッタ間電圧VBEを、また、縦軸にエミッタ電流IEをそれ
ぞれ採ってある。
図では、VBE＝1.0〔Ｖ〕であるとき、IE＝100〔μＡ〕
となってピークであることが看取される。
となってピークであることが看取される。
第３図はベース・コレクタ間電圧VBC対ベース電流IBの
特性を説明する為の線図であり、横軸にベース・コレク
タ間電圧VBCを、また、縦軸にベース電流IBをそれぞれ
採ってある。
特性を説明する為の線図であり、横軸にベース・コレク
タ間電圧VBCを、また、縦軸にベース電流IBをそれぞれ
採ってある。
図では、VBC＝0.8〜0.9〔Ｖ〕であるとき、IB＝100〔μ
Ａ〕となってピークであることが看取される。
Ａ〕となってピークであることが看取される。
第１図乃至第３図に関して説明した事柄を綜合すると、
コレクタ・エミッタ間電圧VCE対コレクタ電流ICの関係
を求めることができる。
コレクタ・エミッタ間電圧VCE対コレクタ電流ICの関係
を求めることができる。
第４図はコレクタ・エミッタ間電圧VCE対コレクタ電流I
Cの特性を説明する為の線図であり、横軸にコレクタ・
エミッタ間電圧VCEを、また、縦軸にコレクタ電流ICを
それぞれ採ってある。
Cの特性を説明する為の線図であり、横軸にコレクタ・
エミッタ間電圧VCEを、また、縦軸にコレクタ電流ICを
それぞれ採ってある。
図に於いて、 VBE１＝0.5〔Ｖ〕 VBE２＝0.75〔Ｖ〕 VBE３＝1.0〔Ｖ〕 VBE４＝1.3〔Ｖ〕 である。
第４図に示されているところから明らかなように、ベー
ス・エミッタ間電圧VBEをVBE１VBE３と次第に増加さ
せた場合、それにつれてコレクタ電流ICも増加するが、
ベース・エミッタ間電圧VBEが或る値を越えて例えばVBE
４になるとコレクタ電流ICは逆に低下する。
ス・エミッタ間電圧VBEをVBE１VBE３と次第に増加さ
せた場合、それにつれてコレクタ電流ICも増加するが、
ベース・エミッタ間電圧VBEが或る値を越えて例えばVBE
４になるとコレクタ電流ICは逆に低下する。
前記説明したような本発明に依るHBTの特性を利用すれ
ば、倍周波機能が得られることは勿論のこと、EXNOR機
能や多値メモリ機能が得られる。
ば、倍周波機能が得られることは勿論のこと、EXNOR機
能や多値メモリ機能が得られる。
第５図はEXNOR回路の要部回路図を表している。
図に於いて、Ｑは本発明に依るHBT、R1乃至R3は抵抗、
Ａ及びＢは入力端、Ｃは出力端をそれぞれ示している。
Ａ及びＢは入力端、Ｃは出力端をそれぞれ示している。
このEXNOR回路では、 Ａ Ｂ Ｃ ０ ０ １ ０ １ ０ １ ０ ０ １ １ １ なる動作をする。
第６図は多値メモリ機能を説明する為のコレクタ・エミ
ッタ間電圧VCE対コレクタ電流ICの関係を表す線図であ
り、第４図と同様、横軸にコレクタ・エミッタ間電圧V
CEを、また、縦軸にはコレクタ電流ICを採ってある。
ッタ間電圧VCE対コレクタ電流ICの関係を表す線図であ
り、第４図と同様、横軸にコレクタ・エミッタ間電圧V
CEを、また、縦軸にはコレクタ電流ICを採ってある。
図に於いて、CLはコレクタ・エミッタ間電圧VCE対コレ
クタ電流ICの特性線、LDは負荷線、CP1,CP2,CP3は特性
線CLと負荷線LDとの交点をそれぞれ示している。
クタ電流ICの特性線、LDは負荷線、CP1,CP2,CP3は特性
線CLと負荷線LDとの交点をそれぞれ示している。
このように、特性線CLと負荷線LDとの交点が三つあるこ
とは、３値メモリ機能があることになる。即ち、交点CP
1及びCP2間を“H"レベルに、交点CP2及びCP3間を“M"レ
ベル（中間レベル）に、交点CP3から下を“L"レベルに
し、例えば、“H"レベルを“0"、そして、“L"レベルを
“1"にそれぞれ対応させれば、その中間の値が得られる
ものである。
とは、３値メモリ機能があることになる。即ち、交点CP
1及びCP2間を“H"レベルに、交点CP2及びCP3間を“M"レ
ベル（中間レベル）に、交点CP3から下を“L"レベルに
し、例えば、“H"レベルを“0"、そして、“L"レベルを
“1"にそれぞれ対応させれば、その中間の値が得られる
ものである。
本発明に依る高速半導体装置に於いては、エミッタ層と
コレクタ層とにそれぞれ量子井戸を設けた構成にしてあ
る。
コレクタ層とにそれぞれ量子井戸を設けた構成にしてあ
る。
この構成を採ることに依り、所定コレクタ・エミッタ間
電圧VCEに対してコレクタ電流ICがピークをもち且つ該
ピークがベース・エミッタ間電圧VBEの如何で変化する
ような特性にすることができるので、前記高速半導体装
置が倍周波機能、エクスクルーシブ・ノア機能、多値メ
モリ機能などを発揮することが可能になる。
電圧VCEに対してコレクタ電流ICがピークをもち且つ該
ピークがベース・エミッタ間電圧VBEの如何で変化する
ような特性にすることができるので、前記高速半導体装
置が倍周波機能、エクスクルーシブ・ノア機能、多値メ
モリ機能などを発揮することが可能になる。
第１図は本発明一実施例を説明する為のもので、（Ａ）
は要部切断側面図、（Ｂ）は要部のエネルギ・バンド・
ダイヤグラム、第２図はベース・エミッタ間電圧VBE対
エミッタ電流IEの関係を説明する為の線図、第３図はベ
ース・コレクタ間電圧VBC対ベース電流IBの関係を説明
する為の線図、第４図はコレクタ・エミッタ間電圧VCE
対コレクタ電流ICの関係を説明する為の線図、第５図は
EXNOR回路を説明する為の要部回路図、第６図は多値メ
モリ機能を説明する為のコレクタ・エミッタ間電圧VCE
対コレクタ電流ICの線図、第７図は従来例の要部切断側
面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はn+型GaAsコレ
クタ・コンタクト層、３はｎ型GaAsコレクタ層、3Aはバ
リヤ層、3Bは井戸層、４はp+型GaAsベース層、4Aはp+型
ベース、コンタクト領域、５はｎ型AlGaAsエミッタ層、
5Aはバリヤ層、5Bは井戸層、６はn+型GaAsエミッタ・コ
ンタクト層、７はエミッタ電極、８はベース電極、９は
コレクタ電極、10は絶縁分離用溝をそれぞれ示してい
る。
は要部切断側面図、（Ｂ）は要部のエネルギ・バンド・
ダイヤグラム、第２図はベース・エミッタ間電圧VBE対
エミッタ電流IEの関係を説明する為の線図、第３図はベ
ース・コレクタ間電圧VBC対ベース電流IBの関係を説明
する為の線図、第４図はコレクタ・エミッタ間電圧VCE
対コレクタ電流ICの関係を説明する為の線図、第５図は
EXNOR回路を説明する為の要部回路図、第６図は多値メ
モリ機能を説明する為のコレクタ・エミッタ間電圧VCE
対コレクタ電流ICの線図、第７図は従来例の要部切断側
面図をそれぞれ表している。 図に於いて、１は半絶縁性GaAs基板、２はn+型GaAsコレ
クタ・コンタクト層、３はｎ型GaAsコレクタ層、3Aはバ
リヤ層、3Bは井戸層、４はp+型GaAsベース層、4Aはp+型
ベース、コンタクト領域、５はｎ型AlGaAsエミッタ層、
5Aはバリヤ層、5Bは井戸層、６はn+型GaAsエミッタ・コ
ンタクト層、７はエミッタ電極、８はベース電極、９は
コレクタ電極、10は絶縁分離用溝をそれぞれ示してい
る。
Claims (1)
- 【請求項１】一導電型ベース層との界面にヘテロ接合を
形成する為に該一導電型ベース層のエネルギ・バンド・
ギャップに比較して広いそれを有する反対導電型エミッ
タ層と、 該反対導電型エミッタ層に設けられた少なくとも一つの
量子井戸と、 前記一導電型ベース層を介して前記反対導電型エミッタ
層に対向している反対導電型コレクタ層と、 該反対導電型コレクタ層に設けられた少なくとも一つの
量子井戸と を備えてなることを特徴とする高速半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61045364A JPH0760827B2 (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 高速半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61045364A JPH0760827B2 (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 高速半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62203374A JPS62203374A (ja) | 1987-09-08 |
| JPH0760827B2 true JPH0760827B2 (ja) | 1995-06-28 |
Family
ID=12717215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61045364A Expired - Lifetime JPH0760827B2 (ja) | 1986-03-04 | 1986-03-04 | 高速半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0760827B2 (ja) |
-
1986
- 1986-03-04 JP JP61045364A patent/JPH0760827B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62203374A (ja) | 1987-09-08 |
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