JPH0870114A - 共鳴トンネルバイポーラトランジスタ - Google Patents
共鳴トンネルバイポーラトランジスタInfo
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- JPH0870114A JPH0870114A JP6205234A JP20523494A JPH0870114A JP H0870114 A JPH0870114 A JP H0870114A JP 6205234 A JP6205234 A JP 6205234A JP 20523494 A JP20523494 A JP 20523494A JP H0870114 A JPH0870114 A JP H0870114A
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D10/00—Bipolar junction transistors [BJT]
- H10D10/80—Heterojunction BJTs
- H10D10/821—Vertical heterojunction BJTs
- H10D10/881—Resonant tunnelling transistors
Landscapes
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- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 共鳴トンネルバイポーラトランジスタ（ＲＢ
Ｔ）に於いて、電流利得を向上しつつ良好な負性抵抗特
性を実現する。 【構成】 半導体基板１０上に一導電形コレクタ層１、
２と逆導電形ベース層３が形成され、ベース層３上の一
部には電子または正孔の量子準位が生成される量子井戸
構造４、ベース層と同一導電形のコンタクト層５が順次
形成され、ベース層３上の他の部分にはコレクタ層と同
一導電形のエミッタ層６、７が形成され、コレクタ層
１、２、コンタクト層５、エミッタ層６、７に各々オー
ム性接触するコレクタ電極８Ｃ、ベース電極９、エミッ
タ電極８Ｅを具備する。ベース多数キャリアの共鳴トン
ネル効果を利用し、良好な負性抵抗特性を実現すると共
に、エミッタ−コレクタ間のキャリアの走行経路上から
キャリア蓄積を生じる量子井戸構造を排除できるのでエ
ミッタ−ベース界面及び量子井戸内での再結合電流を低
減し、電流利得を向上できる。
Ｔ）に於いて、電流利得を向上しつつ良好な負性抵抗特
性を実現する。 【構成】 半導体基板１０上に一導電形コレクタ層１、
２と逆導電形ベース層３が形成され、ベース層３上の一
部には電子または正孔の量子準位が生成される量子井戸
構造４、ベース層と同一導電形のコンタクト層５が順次
形成され、ベース層３上の他の部分にはコレクタ層と同
一導電形のエミッタ層６、７が形成され、コレクタ層
１、２、コンタクト層５、エミッタ層６、７に各々オー
ム性接触するコレクタ電極８Ｃ、ベース電極９、エミッ
タ電極８Ｅを具備する。ベース多数キャリアの共鳴トン
ネル効果を利用し、良好な負性抵抗特性を実現すると共
に、エミッタ−コレクタ間のキャリアの走行経路上から
キャリア蓄積を生じる量子井戸構造を排除できるのでエ
ミッタ−ベース界面及び量子井戸内での再結合電流を低
減し、電流利得を向上できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は負性抵抗特性を有し、デ
ィジタル論理回路やマイクロ波発振器等に応用される共
鳴トンネルバイポーラトランジスタ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ
Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ、以下、ＲＢＴと略する）に関わる。
ィジタル論理回路やマイクロ波発振器等に応用される共
鳴トンネルバイポーラトランジスタ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ
Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉ
ｓｔｏｒ、以下、ＲＢＴと略する）に関わる。
【０００２】
【従来の技術】図５は従来の技術によるＲＢＴの構造図
である。このようなＲＢＴは、例えば、キャパッソ
（Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ）らによって米国電気電子技術者
学会（ＩＥＥＥ）エレクトロン・デバイス・レターズ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔ．）、第Ｅ
ＤＬ−７巻、５７３頁、１９８６年に報告されている。
他に特開平５−１３６１６１号公報にも類似の素子が記
載されている。
である。このようなＲＢＴは、例えば、キャパッソ
（Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ）らによって米国電気電子技術者
学会（ＩＥＥＥ）エレクトロン・デバイス・レターズ
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ ＤｅｖｉｃｅＬｅｔｔ．）、第Ｅ
ＤＬ−７巻、５７３頁、１９８６年に報告されている。
他に特開平５−１３６１６１号公報にも類似の素子が記
載されている。
【０００３】図５に於いて、５０はｎ形ＧａＡｓ基板、
５２はコレクタ層を構成するｎ形ＧａＡｓ層であり、
（５３、５４、５５）はベース層であり、各々ｐ形Ｇａ
Ａｓ層、量子井戸構造、ｐ形ＡｌＧａＡｓ層によって構
成され、５６はエミッタ層を構成するｎ形ＡｌＧａＡｓ
層、５７はエミッタコンタクト層を構成するｎ形ＧａＡ
ｓ層である。更に、量子井戸構造５４はノンドープＧａ
Ａｓスペーサ層５４ｃ、ノンドープＡｌＡｓ量子障壁層
５４ｂ、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層５４ａ、ノンド
ープＡｌＡｓ量子障壁層５４ｂ、ノンドープＡｌＧａＡ
ｓスペーサ層５４ｄの積層構造によって構成される。ｎ
形ＧａＡｓコンタクト層５７上にはエミッタ電極５８Ｅ
がｎ形ＧａＡｓ基板５０の裏面にはコレクタ電極５８Ｃ
が蒸着によって形成されている。また、エピタキシャル
層の一部をエッチング除去して露出されたｐ形ＡｌＧａ
Ａｓ層５５表面にはベース電極５９が蒸着によって形成
され、ｐ形ＧａＡｓ層５３まで達するアロイ領域５９Ａ
が形成されている。
５２はコレクタ層を構成するｎ形ＧａＡｓ層であり、
（５３、５４、５５）はベース層であり、各々ｐ形Ｇａ
Ａｓ層、量子井戸構造、ｐ形ＡｌＧａＡｓ層によって構
成され、５６はエミッタ層を構成するｎ形ＡｌＧａＡｓ
層、５７はエミッタコンタクト層を構成するｎ形ＧａＡ
ｓ層である。更に、量子井戸構造５４はノンドープＧａ
Ａｓスペーサ層５４ｃ、ノンドープＡｌＡｓ量子障壁層
５４ｂ、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層５４ａ、ノンド
ープＡｌＡｓ量子障壁層５４ｂ、ノンドープＡｌＧａＡ
ｓスペーサ層５４ｄの積層構造によって構成される。ｎ
形ＧａＡｓコンタクト層５７上にはエミッタ電極５８Ｅ
がｎ形ＧａＡｓ基板５０の裏面にはコレクタ電極５８Ｃ
が蒸着によって形成されている。また、エピタキシャル
層の一部をエッチング除去して露出されたｐ形ＡｌＧａ
Ａｓ層５５表面にはベース電極５９が蒸着によって形成
され、ｐ形ＧａＡｓ層５３まで達するアロイ領域５９Ａ
が形成されている。
【０００４】このようなＲＢＴのエミッタ層５６とコレ
クタ層５２の間に於けるエネルギーバンドプロファイル
及び電流経路を図６に示す。図に於いて、Ｅe1とＥh1は
各々量子井戸構造５４に於ける電子及び重い正孔の基底
準位を示す。また、ＩE はエミッタ電流を、ＩC はコレ
クタ電流を、ＩBhは逆注入電流、ＩBrs は表面再結合電
流を、ＩBrw は量子井戸再結合電流を表す。このような
ＲＢＴでは、エミッタ層５６の伝導帯の底と量子井戸構
造５４の電子基底準位Ｅe1が一致したときに共鳴トンネ
ル効果によって電子がエミッタ層５６から量子井戸構造
５４に注入され、コレクタ層５２のつくる空乏層をホッ
トエレクトロンとなって高速で通過してコレクタ電極５
８Ｃに到達する。
クタ層５２の間に於けるエネルギーバンドプロファイル
及び電流経路を図６に示す。図に於いて、Ｅe1とＥh1は
各々量子井戸構造５４に於ける電子及び重い正孔の基底
準位を示す。また、ＩE はエミッタ電流を、ＩC はコレ
クタ電流を、ＩBhは逆注入電流、ＩBrs は表面再結合電
流を、ＩBrw は量子井戸再結合電流を表す。このような
ＲＢＴでは、エミッタ層５６の伝導帯の底と量子井戸構
造５４の電子基底準位Ｅe1が一致したときに共鳴トンネ
ル効果によって電子がエミッタ層５６から量子井戸構造
５４に注入され、コレクタ層５２のつくる空乏層をホッ
トエレクトロンとなって高速で通過してコレクタ電極５
８Ｃに到達する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ＲＢＴに於けるベース
電流（ＩB ）は逆注入正孔電流（ＩBh）、界面再結合電
流（ＩBrs ）、量子井戸再結合電流（ＩBrw ）及びバル
ク再結合電流（ＩBrb ）から成り立つ。それ故、エミッ
タ接地電流利得βは下式によって表される。
電流（ＩB ）は逆注入正孔電流（ＩBh）、界面再結合電
流（ＩBrs ）、量子井戸再結合電流（ＩBrw ）及びバル
ク再結合電流（ＩBrb ）から成り立つ。それ故、エミッ
タ接地電流利得βは下式によって表される。
【０００６】 β＝ＩC ／（ＩBh＋ＩBrs ＋ＩBrw ＋ＩBrb ） （１） 従来技術によるＲＢＴでは、ベース層に注入された電子
の内、基底準位Ｅe1にエネルギーが一致する電子は共鳴
的に量子障壁層５４ｂを透過した後、量子井戸層５４ａ
内に蓄積されるため、量子井戸再結合電流ＩBrw が増加
してしまう。また、注入エネルギーが共鳴条件を満たさ
ない電子は量子障壁層５４ｂによって反射され、エミッ
タ−ベース界面近傍に蓄積するため、界面再結合電流Ｉ
Brs も増加してしまう。その結果、（１）式にしたがっ
て、従来技術によるＲＢＴではβが低下してしまうとい
う問題があった。
の内、基底準位Ｅe1にエネルギーが一致する電子は共鳴
的に量子障壁層５４ｂを透過した後、量子井戸層５４ａ
内に蓄積されるため、量子井戸再結合電流ＩBrw が増加
してしまう。また、注入エネルギーが共鳴条件を満たさ
ない電子は量子障壁層５４ｂによって反射され、エミッ
タ−ベース界面近傍に蓄積するため、界面再結合電流Ｉ
Brs も増加してしまう。その結果、（１）式にしたがっ
て、従来技術によるＲＢＴではβが低下してしまうとい
う問題があった。
【０００７】本発明の目的は、エミッタ−コレクタ間の
キャリアの走行経路上からキャリア蓄積を生じる量子井
戸構造を排除し、エミッタ−ベース界面及び量子井戸内
での再結合電流を低減し、βを向上しつつ、なお良好な
負性抵抗特性を実現できるＲＢＴを提供することにあ
る。
キャリアの走行経路上からキャリア蓄積を生じる量子井
戸構造を排除し、エミッタ−ベース界面及び量子井戸内
での再結合電流を低減し、βを向上しつつ、なお良好な
負性抵抗特性を実現できるＲＢＴを提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上にｎ形コレクタ層とｐ形ベース層が順次形成さ
れ、該ｐ形ベース層上の一部には正孔の量子準位が生成
される量子井戸構造とｐ形コンタクト層が順次形成され
ると共に、前記ｐ形ベース層上の他の部分にはｎ形エミ
ッタ層が形成され、前記ｎ形コレクタ層、前記ｐ形コン
タクト層、前記ｎ形エミッタ層に各々オーム性接触する
コレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を具備するこ
とを特徴とする共鳴トンネルバイポーラトランジスタが
得られる。
基板上にｎ形コレクタ層とｐ形ベース層が順次形成さ
れ、該ｐ形ベース層上の一部には正孔の量子準位が生成
される量子井戸構造とｐ形コンタクト層が順次形成され
ると共に、前記ｐ形ベース層上の他の部分にはｎ形エミ
ッタ層が形成され、前記ｎ形コレクタ層、前記ｐ形コン
タクト層、前記ｎ形エミッタ層に各々オーム性接触する
コレクタ電極、ベース電極、エミッタ電極を具備するこ
とを特徴とする共鳴トンネルバイポーラトランジスタが
得られる。
【０００９】また、半導体基板上にｐ形コレクタ層とｎ
形ベース層が順次形成され、該ｎ形ベース層上の一部に
は電子の量子準位が生成される量子井戸構造とｎ形コン
タクト層が順次形成されると共に、前記ｎ形ベース層上
の他の部分にはｐ形エミッタ層が形成され、前記ｐ形コ
レクタ層、前記ｎ形コンタクト層、前記ｐ形エミッタ層
に各々オーム性接触するコレクタ電極、ベース電極、エ
ミッタ電極を具備することを特徴とする共鳴トンネルバ
イポーラトランジスタが得られる。
形ベース層が順次形成され、該ｎ形ベース層上の一部に
は電子の量子準位が生成される量子井戸構造とｎ形コン
タクト層が順次形成されると共に、前記ｎ形ベース層上
の他の部分にはｐ形エミッタ層が形成され、前記ｐ形コ
レクタ層、前記ｎ形コンタクト層、前記ｐ形エミッタ層
に各々オーム性接触するコレクタ電極、ベース電極、エ
ミッタ電極を具備することを特徴とする共鳴トンネルバ
イポーラトランジスタが得られる。
【００１０】
【作用】従来技術によるＲＢＴではエミッタ多数キャリ
ア（ＮＰＮ形トランジスタでは電子、ＰＮＰ形トランジ
スタでは正孔）の共鳴トンネル効果を利用して負性抵抗
を実現していたため、エミッタ−コレクタ間の電流経路
上に量子井戸や量子障壁のようなキャリア蓄積を生じる
構造が必要で、これがベース再結合電流を増大し、電流
利得を低下させていた。そこで、本発明ではベース多数
キャリア（ＮＰＮ形トランジスタでは正孔、ＰＮＰ形ト
ランジスタでは電子）の共鳴トンネル効果を利用する。
そのため、量子井戸構造はベース層上のベース電極下に
のみ選択的に設ける。この場合には、エミッタ−コレク
タ間の電流経路上には量子井戸構造は存在せずキャリア
蓄積層は形成されないので、高いエミッタ注入効率が得
られ、βが向上する。
ア（ＮＰＮ形トランジスタでは電子、ＰＮＰ形トランジ
スタでは正孔）の共鳴トンネル効果を利用して負性抵抗
を実現していたため、エミッタ−コレクタ間の電流経路
上に量子井戸や量子障壁のようなキャリア蓄積を生じる
構造が必要で、これがベース再結合電流を増大し、電流
利得を低下させていた。そこで、本発明ではベース多数
キャリア（ＮＰＮ形トランジスタでは正孔、ＰＮＰ形ト
ランジスタでは電子）の共鳴トンネル効果を利用する。
そのため、量子井戸構造はベース層上のベース電極下に
のみ選択的に設ける。この場合には、エミッタ−コレク
タ間の電流経路上には量子井戸構造は存在せずキャリア
蓄積層は形成されないので、高いエミッタ注入効率が得
られ、βが向上する。
【００１１】エミッタ−ベース界面及び量子井戸に於け
る再結合電流が無視できる場合には、ＲＢＴのβは以下
のように見積られることがよく知られている。 ベース電流に於いて逆注入電流が支配的な場合： β＝ＮE ｖeB／（ＰB ｖhE）・ｅｘｐ（ΔＥg ／ｋＴ） （２） ベース電流に於いてバルク再結合電流が支配的な場合： β＝２ＬB 2 ／ＷB 2 （３） ここで、ＮE とＰB は各々エミッタ層とベース層の不純
物濃度、ｖeBとｖhEは各々ベース層及びエミッタ層での
少数キャリアのドリフト速度、ΔＥg はエミッタ層とベ
ース層に於けるバンドギャップ差、ｋはボルツマン（Ｂ
ｏｌｔｚｍａｎｎ）定数、Ｔは格子温度であり、ＬB は
ベース層での少数キャリアの拡散長、ＷB はベース層厚
である。これらの表式から、βは電流値に依らない定数
となることが分かる。本発明では、ベース電流に共鳴ト
ンネル効果に基づく負性抵抗特性が現れるが、βがほぼ
定数でありコレクタ電流はベース電流に比例するので、
コレクタ電流にも同様に良好な負性抵抗特性が得られ
る。
る再結合電流が無視できる場合には、ＲＢＴのβは以下
のように見積られることがよく知られている。 ベース電流に於いて逆注入電流が支配的な場合： β＝ＮE ｖeB／（ＰB ｖhE）・ｅｘｐ（ΔＥg ／ｋＴ） （２） ベース電流に於いてバルク再結合電流が支配的な場合： β＝２ＬB 2 ／ＷB 2 （３） ここで、ＮE とＰB は各々エミッタ層とベース層の不純
物濃度、ｖeBとｖhEは各々ベース層及びエミッタ層での
少数キャリアのドリフト速度、ΔＥg はエミッタ層とベ
ース層に於けるバンドギャップ差、ｋはボルツマン（Ｂ
ｏｌｔｚｍａｎｎ）定数、Ｔは格子温度であり、ＬB は
ベース層での少数キャリアの拡散長、ＷB はベース層厚
である。これらの表式から、βは電流値に依らない定数
となることが分かる。本発明では、ベース電流に共鳴ト
ンネル効果に基づく負性抵抗特性が現れるが、βがほぼ
定数でありコレクタ電流はベース電流に比例するので、
コレクタ電流にも同様に良好な負性抵抗特性が得られ
る。
【００１２】
（第一の実施例）図１は本発明によるＲＢＴの第一の実
施例の構造図である。図に於いて、１０は半絶縁性（Ｓ
ｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ、以下、Ｓ．Ｉ．と略す
る）ＧａＡｓ基板、１はサブコレクタ層を構成するｎ形
ＧａＡｓ層、２はコレクタ層を構成するｎ形ＧａＡｓ
層、３はベース層を構成するｐ形ＧａＡｓ層、４は量子
井戸構造、５はベースコンタクト層を構成するｐ形Ｇａ
Ａｓ層、６はエミッタ層を構成するｎ形ＡｌＧａＡｓ
層、７はエミッタコンタクト層でありｎ形ＧａＡｓ層に
よって構成される。更に、量子井戸構造４はノンドープ
ＧａＡｓスペーサ層４ｃ、ノンドープＡｌＡｓ量子障壁
層４ｂ、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層４ａ、ノンドー
プＡｌＡｓ量子障壁層４ｂ、ノンドープＧａＡｓスペー
サ層４ｃの積層構造によって構成されている。８Ｅ、８
Ｃ、９は各々エミッタ電極、コレクタ電極、ベース電極
である。本実施例の特徴は量子井戸構造４をベース層３
上のベース電極９下にのみ選択的に設けたことである。
施例の構造図である。図に於いて、１０は半絶縁性（Ｓ
ｅｍｉ−Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ、以下、Ｓ．Ｉ．と略す
る）ＧａＡｓ基板、１はサブコレクタ層を構成するｎ形
ＧａＡｓ層、２はコレクタ層を構成するｎ形ＧａＡｓ
層、３はベース層を構成するｐ形ＧａＡｓ層、４は量子
井戸構造、５はベースコンタクト層を構成するｐ形Ｇａ
Ａｓ層、６はエミッタ層を構成するｎ形ＡｌＧａＡｓ
層、７はエミッタコンタクト層でありｎ形ＧａＡｓ層に
よって構成される。更に、量子井戸構造４はノンドープ
ＧａＡｓスペーサ層４ｃ、ノンドープＡｌＡｓ量子障壁
層４ｂ、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層４ａ、ノンドー
プＡｌＡｓ量子障壁層４ｂ、ノンドープＧａＡｓスペー
サ層４ｃの積層構造によって構成されている。８Ｅ、８
Ｃ、９は各々エミッタ電極、コレクタ電極、ベース電極
である。本実施例の特徴は量子井戸構造４をベース層３
上のベース電極９下にのみ選択的に設けたことである。
【００１３】このようなＲＢＴは以下のようにして作製
される。（１００）Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板１０上に例え
ば、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍＥｐｉｔａｘｙ，以下ＭＢＥと略する）成長法によ
り、 ｎ形ＧａＡｓ層１（不純物濃度３×１０18／cm3 ）…１
μｍ、 ｎ形ＧａＡｓ層２（不純物濃度１×１０17／cm3 ）…２
５０nm、 ｎ形ＧａＡｓ層３（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…２
００nm、 ノンドープＧａＡｓ層４ｃ…５nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４ａ…２nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４ｃ…５nm、 ｐ形ＧａＡｓ層５（不純物濃度１×１０19／cm3 ）…１
００nm を順次成長する。
される。（１００）Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板１０上に例え
ば、分子線エピタキシャル（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅ
ａｍＥｐｉｔａｘｙ，以下ＭＢＥと略する）成長法によ
り、 ｎ形ＧａＡｓ層１（不純物濃度３×１０18／cm3 ）…１
μｍ、 ｎ形ＧａＡｓ層２（不純物濃度１×１０17／cm3 ）…２
５０nm、 ｎ形ＧａＡｓ層３（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…２
００nm、 ノンドープＧａＡｓ層４ｃ…５nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４ａ…２nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４ｃ…５nm、 ｐ形ＧａＡｓ層５（不純物濃度１×１０19／cm3 ）…１
００nm を順次成長する。
【００１４】次に、エピタキシャル層の一部をエッチン
グ除去することによりｐ形ベース層３表面を露出、表面
清浄化した後、例えばＭＢＥ成長法によりｐ形ベース層
３表面に選択的に、 ｎ形ＡｌＧａＡｓ層６（不純物濃度５×１０17／cm3 ）
…１００nm、 ｎ形ＧａＡｓ層７（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…１
００nm、 を順次再成長する。更に、エピタキシャル層の一部をエ
ッチング除去することによりｎ形サブコレクタ層１表面
を露出する。ｎ形コンタクト層７とサブコレクタ層１の
表面には例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕなどの金属を蒸
着、通常のアロイ処理を行い、エミッタ電極８Ｅとコレ
クタ電極８Ｃを形成する。また、ｐ形コンタクト層５上
には例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属を蒸着し、ベー
ス電極９を形成する。このようにして、図１のようなＲ
ＢＴが作製される。
グ除去することによりｐ形ベース層３表面を露出、表面
清浄化した後、例えばＭＢＥ成長法によりｐ形ベース層
３表面に選択的に、 ｎ形ＡｌＧａＡｓ層６（不純物濃度５×１０17／cm3 ）
…１００nm、 ｎ形ＧａＡｓ層７（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…１
００nm、 を順次再成長する。更に、エピタキシャル層の一部をエ
ッチング除去することによりｎ形サブコレクタ層１表面
を露出する。ｎ形コンタクト層７とサブコレクタ層１の
表面には例えばＡｕＧｅ／Ｎｉ／Ａｕなどの金属を蒸
着、通常のアロイ処理を行い、エミッタ電極８Ｅとコレ
クタ電極８Ｃを形成する。また、ｐ形コンタクト層５上
には例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属を蒸着し、ベー
ス電極９を形成する。このようにして、図１のようなＲ
ＢＴが作製される。
【００１５】ｐ形コンタクト層５、量子井戸構造４、ｐ
形ベース層３の積層構造は正孔に対して共鳴トンネルバ
リヤとして機能する。一方、ｎ形エミッタ層６、ｐ形ベ
ース層３、ｎ形コレクタ層２の積層構造はＮＰＮ形のヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ、以下、ＨＢＴと略する）を構成する。したがって、
本実施例のＲＢＴは図２の等価回路に示すように、ＮＰ
Ｎ形のＨＢＴのベース端子に正孔共鳴型の共鳴トンネル
ダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｄｉｏｄｅ、以下、ＲＴＤと略する）が接続されたもの
と等価とみなせる。
形ベース層３の積層構造は正孔に対して共鳴トンネルバ
リヤとして機能する。一方、ｎ形エミッタ層６、ｐ形ベ
ース層３、ｎ形コレクタ層２の積層構造はＮＰＮ形のヘ
テロ接合バイポーラトランジスタ（Ｈｅｔｅｒｏ−ｊｕ
ｎｃｔｉｏｎ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏ
ｒ、以下、ＨＢＴと略する）を構成する。したがって、
本実施例のＲＢＴは図２の等価回路に示すように、ＮＰ
Ｎ形のＨＢＴのベース端子に正孔共鳴型の共鳴トンネル
ダイオード（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｄｉｏｄｅ、以下、ＲＴＤと略する）が接続されたもの
と等価とみなせる。
【００１６】図３は本実施例のＲＢＴに於ける電流−電
圧特性を示す。正孔に対する共鳴トンネル効果によりベ
ース電流ＩB がベース−エミッタ電圧ＶBEに対して負性
微分抵抗を示すが、作用の項で述べたように、βが電流
値に依らずほぼ一定であるため、コレクタ電流ＩC にも
同様に良好な負性抵抗特性が得られる。即ち、ＩB に於
けるピーク電流とヴァレー電流を各々ＩP 、ＩV とすれ
ば、ＩC に於けるピーク電流とヴァレー電流は各々βＩ
P 、βＩV となり、ＩC に於けるピーク対ヴァレー電流
比（Ｐ／Ｖ比）はＩB におけるＰ／Ｖ比とほぼ等しくな
る。
圧特性を示す。正孔に対する共鳴トンネル効果によりベ
ース電流ＩB がベース−エミッタ電圧ＶBEに対して負性
微分抵抗を示すが、作用の項で述べたように、βが電流
値に依らずほぼ一定であるため、コレクタ電流ＩC にも
同様に良好な負性抵抗特性が得られる。即ち、ＩB に於
けるピーク電流とヴァレー電流を各々ＩP 、ＩV とすれ
ば、ＩC に於けるピーク電流とヴァレー電流は各々βＩ
P 、βＩV となり、ＩC に於けるピーク対ヴァレー電流
比（Ｐ／Ｖ比）はＩB におけるＰ／Ｖ比とほぼ等しくな
る。
【００１７】作用の項で述べたように、本実施例では電
子の走行経路上には量子井戸構造が存在しないため高い
エミッタ注入効率が得られ、βが向上する。また、本実
施例では、量子障壁層４ｂの膜厚を２nmと薄層化するこ
とによりベース抵抗の増大を抑制している。
子の走行経路上には量子井戸構造が存在しないため高い
エミッタ注入効率が得られ、βが向上する。また、本実
施例では、量子障壁層４ｂの膜厚を２nmと薄層化するこ
とによりベース抵抗の増大を抑制している。
【００１８】（第二の実施例）図４は本発明によるＲＢ
Ｔの第二の実施例の構造図である。図に於いて、１０は
Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板、４１はサブコレクタ層を構成す
るｐ形ＧａＡｓ層、４２はコレクタ層を構成するｐ形Ｇ
ａＡｓ層、４３はベース層を構成するｎ形ＧａＡｓ層、
４４は量子井戸構造、４５はベースコンタクト層を構成
するｎ形ＧａＡｓ層、４６はエミッタ層を構成するｐ形
ＡｌＧａＡｓ層、４７はエミッタコンタクト層でありｐ
形ＧａＡｓ層によって構成される。更に、量子井戸構造
４４はノンドープＧａＡｓスペーサ層４４ｃ、ノンドー
プＡｌＡｓ量子障壁層４４ｂ、ノンドープＧａＡｓ量子
井戸層４４ａ、ノンドープＡｌＡｓ量子障壁層４４ｂ、
ノンドープＧａＡｓスペーサ層４４ｃの積層構造によっ
て構成されている。４８Ｅ、４８Ｃ、４９は各々エミッ
タ電極、コレクタ電極、ベース電極である。本実施例の
特徴は量子井戸構造４４をベース層４３上のベース電極
４９下にのみ選択的に設けたことである。
Ｔの第二の実施例の構造図である。図に於いて、１０は
Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板、４１はサブコレクタ層を構成す
るｐ形ＧａＡｓ層、４２はコレクタ層を構成するｐ形Ｇ
ａＡｓ層、４３はベース層を構成するｎ形ＧａＡｓ層、
４４は量子井戸構造、４５はベースコンタクト層を構成
するｎ形ＧａＡｓ層、４６はエミッタ層を構成するｐ形
ＡｌＧａＡｓ層、４７はエミッタコンタクト層でありｐ
形ＧａＡｓ層によって構成される。更に、量子井戸構造
４４はノンドープＧａＡｓスペーサ層４４ｃ、ノンドー
プＡｌＡｓ量子障壁層４４ｂ、ノンドープＧａＡｓ量子
井戸層４４ａ、ノンドープＡｌＡｓ量子障壁層４４ｂ、
ノンドープＧａＡｓスペーサ層４４ｃの積層構造によっ
て構成されている。４８Ｅ、４８Ｃ、４９は各々エミッ
タ電極、コレクタ電極、ベース電極である。本実施例の
特徴は量子井戸構造４４をベース層４３上のベース電極
４９下にのみ選択的に設けたことである。
【００１９】このようなＲＢＴは以下のようにして作製
される。（１００）Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板１０上に例え
ば、ＭＢＥ成長法により、 ｐ形ＧａＡｓ層４１（不純物濃度３×１０19／cm3 ）…
１μｍ、 ｐ形ＧａＡｓ層４２（不純物濃度１×１０17／cm3 ）…
２５０nm、 ｎ形ＧａＡｓ層４３（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…
２００nm、 ノンドープＧａＡｓ層４４ｃ…５nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４４ａ…５nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４４ｃ…５nm、 ｎ形ＧａＡｓ層４５（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…
１００nm を順次成長する。
される。（１００）Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板１０上に例え
ば、ＭＢＥ成長法により、 ｐ形ＧａＡｓ層４１（不純物濃度３×１０19／cm3 ）…
１μｍ、 ｐ形ＧａＡｓ層４２（不純物濃度１×１０17／cm3 ）…
２５０nm、 ｎ形ＧａＡｓ層４３（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…
２００nm、 ノンドープＧａＡｓ層４４ｃ…５nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４４ａ…５nm、 ノンドープＡｌＡｓ層４４ｂ…２nm、 ノンドープＧａＡｓ層４４ｃ…５nm、 ｎ形ＧａＡｓ層４５（不純物濃度５×１０18／cm3 ）…
１００nm を順次成長する。
【００２０】次に、エピタキシャル層の一部をエッチン
グ除去することによりｎ形ベース層４３表面を露出、表
面清浄化した後、例えばＭＢＥ成長法によりｎ形ベース
層４３表面に選択的に、 ｐ形ＡｌＧａＡｓ層４６（不純物濃度５×１０17／c
m3 ）…１００nm、 ｐ形ＧａＡｓ層４７（不純物濃度１×１０19／cm3 ）…
１００nm、 を順次再成長する。更に、エピタキシャル層の一部をエ
ッチング除去することによりｐ形サブコレクタ層４１表
面を露出する。ｐ形コンタクト層４７とサブコレクタ層
４１の表面には例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属を蒸
着し、エミッタ電極４８Ｅとコレクタ電極４８Ｃを形成
する。また、ｎ形コンタクト層４５上には例えばＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕなどの金属を蒸着、通常のアロイ処理を
行い、ベース電極４９を形成する。このようにして、図
４のようなＲＢＴが作製される。
グ除去することによりｎ形ベース層４３表面を露出、表
面清浄化した後、例えばＭＢＥ成長法によりｎ形ベース
層４３表面に選択的に、 ｐ形ＡｌＧａＡｓ層４６（不純物濃度５×１０17／c
m3 ）…１００nm、 ｐ形ＧａＡｓ層４７（不純物濃度１×１０19／cm3 ）…
１００nm、 を順次再成長する。更に、エピタキシャル層の一部をエ
ッチング除去することによりｐ形サブコレクタ層４１表
面を露出する。ｐ形コンタクト層４７とサブコレクタ層
４１の表面には例えばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕなどの金属を蒸
着し、エミッタ電極４８Ｅとコレクタ電極４８Ｃを形成
する。また、ｎ形コンタクト層４５上には例えばＡｕＧ
ｅ／Ｎｉ／Ａｕなどの金属を蒸着、通常のアロイ処理を
行い、ベース電極４９を形成する。このようにして、図
４のようなＲＢＴが作製される。
【００２１】ｎ形コンタクト層４５、量子井戸構造４
４、ｎ形ベース層４３の積層構造は電子に対して共鳴ト
ンネルバリヤとして機能する。一方、ｐ形エミッタ層４
６、ｎ形ベース層４３、ｐ形コレクタ層４２の積層構造
はＰＮＰ形のＨＢＴを構成する。したがって、本実施例
のＲＢＴはＰＮＰ形のＨＢＴのベース端子に電子共鳴型
のＲＴＤが接続されたものと等価とみなせる。
４、ｎ形ベース層４３の積層構造は電子に対して共鳴ト
ンネルバリヤとして機能する。一方、ｐ形エミッタ層４
６、ｎ形ベース層４３、ｐ形コレクタ層４２の積層構造
はＰＮＰ形のＨＢＴを構成する。したがって、本実施例
のＲＢＴはＰＮＰ形のＨＢＴのベース端子に電子共鳴型
のＲＴＤが接続されたものと等価とみなせる。
【００２２】本実施例では、電子に対する共鳴トンネル
効果によりベース電流ＩB がベース−エミッタ電圧ＶBE
に対して負性微分抵抗を示すが、作用の項で述べたよう
に、βが電流値に依らずほぼ一定であるため、コレクタ
電流ＩC にも同様に良好な負性抵抗特性が得られる。
効果によりベース電流ＩB がベース−エミッタ電圧ＶBE
に対して負性微分抵抗を示すが、作用の項で述べたよう
に、βが電流値に依らずほぼ一定であるため、コレクタ
電流ＩC にも同様に良好な負性抵抗特性が得られる。
【００２３】作用の項で述べたように、本実施例では、
正孔の走行経路上には量子井戸構造が存在しないため高
いエミッタ注入効率が得られ、βが向上する。また、本
実施例では、量子障壁層４４ｂの膜厚を２nmと薄層化す
ることによりベース抵抗の増大を抑制している。
正孔の走行経路上には量子井戸構造が存在しないため高
いエミッタ注入効率が得られ、βが向上する。また、本
実施例では、量子障壁層４４ｂの膜厚を２nmと薄層化す
ることによりベース抵抗の増大を抑制している。
【００２４】以上の実施例では、ＧａＡｓ基板に格子整
合するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＲＢＴを例に本発明を
説明したが、本発明はＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎ
ＧａＰ／ＧａＡｓ系、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系やＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系等の
他の材料系にも勿論、適用可能である。また、ベース層
とコレクタ層が同じ材料で作製されたシングルヘテロ構
造のＲＢＴを例に本発明を説明したが、本発明はエミッ
タ層とコレクタ層が各々ベース層と異なる材料で作製さ
れるダブルヘテロ構造のＲＢＴにも勿論、適用可能であ
る。更に、基板側にコレクタ層を有するエミッタアップ
形ＲＢＴを例に本発明を説明したが、本発明は基板側に
エミッタ層を有するコレクタアップ形ＲＢＴにも勿論、
適用可能である。
合するＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓ系ＲＢＴを例に本発明を
説明したが、本発明はＧａＡｓ基板に格子整合するＩｎ
ＧａＰ／ＧａＡｓ系、ＩｎＰ基板に格子整合するＩｎＡ
ｌＡｓ／ＩｎＧａＡｓ系やＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系等の
他の材料系にも勿論、適用可能である。また、ベース層
とコレクタ層が同じ材料で作製されたシングルヘテロ構
造のＲＢＴを例に本発明を説明したが、本発明はエミッ
タ層とコレクタ層が各々ベース層と異なる材料で作製さ
れるダブルヘテロ構造のＲＢＴにも勿論、適用可能であ
る。更に、基板側にコレクタ層を有するエミッタアップ
形ＲＢＴを例に本発明を説明したが、本発明は基板側に
エミッタ層を有するコレクタアップ形ＲＢＴにも勿論、
適用可能である。
【００２５】
【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、ベース多数キャリアの共鳴トンネル効
果を利用することによって良好な負性抵抗特性を実現す
ると共に、エミッタ−コレクタ間のキャリアの走行経路
上からキャリア蓄積を生じる量子井戸構造を排除できる
ことからエミッタ−ベース界面及び量子井戸内での再結
合電流を低減し、電流利得を向上できる。
本発明によれば、ベース多数キャリアの共鳴トンネル効
果を利用することによって良好な負性抵抗特性を実現す
ると共に、エミッタ−コレクタ間のキャリアの走行経路
上からキャリア蓄積を生じる量子井戸構造を排除できる
ことからエミッタ−ベース界面及び量子井戸内での再結
合電流を低減し、電流利得を向上できる。
【図１】本発明によるＲＢＴの第一の実施例の構造図で
ある。
ある。
【図２】本発明によるＲＢＴの第一の実施例の等価回路
図である。
図である。
【図３】本発明によるＲＢＴの第一の実施例に於ける電
流−電圧特性図である。
流−電圧特性図である。
【図４】本発明によるＲＢＴの第二の実施例の構造図で
ある。
ある。
【図５】従来技術によるＲＢＴの構造図である。
【図６】従来技術によるＲＢＴに於けるエネルギーバン
ド図である。
ド図である。
１、２、７、４３、４５、５２、５７ ｎ形ＧａＡｓ層 ３、５、４１、４２、４７、５３ ｐ形ＧａＡｓ層 ４、４４、５４ 量子井戸構造 ４ａ、４ｃ、４４ａ、４４ｃ、５４ａ、５４ｃ ノンド
ープＧａＡｓ層 ４ｂ、４４ｂ、５４ｂ ノンドープＡｌＡｓ層 ６、５６ ｎ形ＡｌＧａＡｓ層 １０ Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板 ８Ｅ、４８Ｅ、５８Ｅ エミッタ電極 ８Ｃ、４８Ｃ、５８Ｃ コレクタ電極 ９、４９、５９ ベース電極 ４６、５５ ｐ形ＡｌＧａＡｓ層 ５０ ｎ形ＧａＡｓ基板 ５４ｄ ノンドープＡｌＧａＡｓ層 ５９Ａ アロイ領域
ープＧａＡｓ層 ４ｂ、４４ｂ、５４ｂ ノンドープＡｌＡｓ層 ６、５６ ｎ形ＡｌＧａＡｓ層 １０ Ｓ．Ｉ．ＧａＡｓ基板 ８Ｅ、４８Ｅ、５８Ｅ エミッタ電極 ８Ｃ、４８Ｃ、５８Ｃ コレクタ電極 ９、４９、５９ ベース電極 ４６、５５ ｐ形ＡｌＧａＡｓ層 ５０ ｎ形ＧａＡｓ基板 ５４ｄ ノンドープＡｌＧａＡｓ層 ５９Ａ アロイ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 29/73
Claims (2)
- 【請求項１】半導体基板上にｎ形コレクタ層とｐ形ベー
ス層が順次形成され、該ｐ形ベース層上の一部には正孔
の量子準位が生成される量子井戸構造とｐ形コンタクト
層が順次形成されると共に、前記ｐ形ベース層上の他の
部分にはｎ形エミッタ層が形成され、前記ｎ形コレクタ
層、前記ｐ形コンタクト層、前記ｎ形エミッタ層に各々
オーム性接触するコレクタ電極、ベース電極、エミッタ
電極を具備することを特徴とする共鳴トンネルバイポー
ラトランジスタ。 - 【請求項２】半導体基板上にｐ形コレクタ層とｎ形ベー
ス層が順次形成され、該ｎ形ベース層上の一部には電子
の量子準位が生成される量子井戸構造とｎ形コンタクト
層が順次形成されると共に、前記ｎ形ベース層上の他の
部分にはｐ形エミッタ層が形成され、前記ｐ形コレクタ
層、前記ｎ形コンタクト層、前記ｐ形エミッタ層に各々
オーム性接触するコレクタ電極、ベース電極、エミッタ
電極を具備することを特徴とする共鳴トンネルバイポー
ラトランジスタ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205234A JP2576417B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 共鳴トンネルバイポーラトランジスタ |
| US08/520,777 US5705825A (en) | 1994-08-30 | 1995-08-30 | Resonant tunneling bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6205234A JP2576417B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 共鳴トンネルバイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0870114A true JPH0870114A (ja) | 1996-03-12 |
| JP2576417B2 JP2576417B2 (ja) | 1997-01-29 |
Family
ID=16503633
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6205234A Expired - Lifetime JP2576417B2 (ja) | 1994-08-30 | 1994-08-30 | 共鳴トンネルバイポーラトランジスタ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5705825A (ja) |
| JP (1) | JP2576417B2 (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3219005B2 (ja) * | 1996-08-13 | 2001-10-15 | 日本電気株式会社 | 負性抵抗増幅器 |
| KR100216545B1 (ko) * | 1996-11-22 | 1999-08-16 | 정선종 | 고속 반도체 장치 |
| TW365069B (en) * | 1997-08-27 | 1999-07-21 | Nat Science Council | Syntonic penetrative transistor component of long-period GaInAs/AlInAs superlattice |
| US6566284B2 (en) * | 2001-08-07 | 2003-05-20 | Hrl Laboratories, Llc | Method of manufacture for 80 nanometer diameter resonant tunneling diode with improved peak-to-valley ratio and resonant tunneling diode therefrom |
| US7038250B2 (en) * | 2003-05-28 | 2006-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device suited for a high frequency amplifier |
| US7070120B2 (en) * | 2003-12-23 | 2006-07-04 | Lear Corporation | Rotating spray head for spray urethane |
| US7368764B1 (en) * | 2005-04-18 | 2008-05-06 | Hrl Laboratories, Llc | Heterojunction bipolar transistor and method to make a heterojunction bipolar transistor |
| US7535034B2 (en) * | 2006-02-27 | 2009-05-19 | The Board Of Trustees Of The University Of Illinois | PNP light emitting transistor and method |
| CN105870171A (zh) * | 2016-03-09 | 2016-08-17 | 四川大学 | 加阶梯式异质结隔离区的共振隧穿二极管 |
| US11133384B1 (en) * | 2020-04-19 | 2021-09-28 | Koucheng Wu | Quantum wire resonant tunneling transistor |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2973225B2 (ja) * | 1990-09-17 | 1999-11-08 | 日本電気株式会社 | 半導体装置およびその製造方法 |
| JPH05136161A (ja) * | 1991-11-13 | 1993-06-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 共鳴トンネル三端子素子 |
| JP2722885B2 (ja) * | 1991-09-05 | 1998-03-09 | 三菱電機株式会社 | 電界効果トランジスタ |
-
1994
- 1994-08-30 JP JP6205234A patent/JP2576417B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-08-30 US US08/520,777 patent/US5705825A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5705825A (en) | 1998-01-06 |
| JP2576417B2 (ja) | 1997-01-29 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19960910 |