JPS60254657A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS60254657A JPS60254657A JP59109436A JP10943684A JPS60254657A JP S60254657 A JPS60254657 A JP S60254657A JP 59109436 A JP59109436 A JP 59109436A JP 10943684 A JP10943684 A JP 10943684A JP S60254657 A JPS60254657 A JP S60254657A
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- base
- collector
- band
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- 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
- 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]
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- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、従来のものと全く異なる動作原理を有し、超
高速で動作可能なバイポーラ形式の半導体装置（ｑｕａ
ｎｔｉｚｅｄ ｂａｓｅ ｔｒａｎｓ ｉｓ ｔｏｒ
：ＱＢＴ）の改良に関する。
高速で動作可能なバイポーラ形式の半導体装置（ｑｕａ
ｎｔｉｚｅｄ ｂａｓｅ ｔｒａｎｓ ｉｓ ｔｏｒ
：ＱＢＴ）の改良に関する。
一般に、バイポーラ半導体装置の動作原理は良く知られ
ているが、次に、第２図を参照しつつ、その概略を説明
する。
ているが、次に、第２図を参照しつつ、その概略を説明
する。
第２図は従来のｎｐｎ型バイポーラ半導体装置が熱平衡
状態にある場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
る。
状態にある場合のエネルギ・バンド・ダイヤグラムであ
る。
図に於いて、Ｅはエミッタ、Ｂはベース、Ｃはコレクタ
、ＥＦはフェルミ・レベル、Ｅｖは価電子帯、ＥＣは伝
導帯、ｎ＋ ｐは導電型をそれぞれ示している。
、ＥＦはフェルミ・レベル、Ｅｖは価電子帯、ＥＣは伝
導帯、ｎ＋ ｐは導電型をそれぞれ示している。
このようなバイポーラ半導体装置に於いて基本とされる
動作原理は次の通りである。
動作原理は次の通りである。
今、エミッタＥとバー３８間に順方向電圧を印加すると
、エミッタＥからベースＢに注入された電子がベースＢ
中を拡散等で走行してコレクタＣに到達することに依っ
て信号がエミッタＥからコレクタＣに伝達されたことに
なる。
、エミッタＥからベースＢに注入された電子がベースＢ
中を拡散等で走行してコレクタＣに到達することに依っ
て信号がエミッタＥからコレクタＣに伝達されたことに
なる。
従って、このバイポーラ半導体装置の動作速度は、究極
的には、電子が熱拡散でエミッタＥからコレクタＣまで
走行するのに要する時間、即ち、熱拡散に依る走行時間
で規制されていることになる。
的には、電子が熱拡散でエミッタＥからコレクタＣまで
走行するのに要する時間、即ち、熱拡散に依る走行時間
で規制されていることになる。
本発明者は、さきに、前記従来のバイポーラ半導体装置
の欠点を解消し、前記熱拡散に依る走行時間で束縛され
ずに高速動作が可能であって、必要に応じて種々の特徴
を持たせることができる半導体装置としてＱＢＴを提供
した。
の欠点を解消し、前記熱拡散に依る走行時間で束縛され
ずに高速動作が可能であって、必要に応じて種々の特徴
を持たせることができる半導体装置としてＱＢＴを提供
した。
そのＱＢＴは、マイノリティ・キャリヤに対するサブ・
バンドが生成され得るベースと、トンネル効果を生じ得
る程度の厚さを有するエミッタ・ポテンシャル・バリヤ
を介して前記ベースに接するエミッタと、トンネル効果
を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・ポテンシャル
・バリヤを介して前記ベースに接するコレクタとを備え
、前記ベースにマイノリティ・キャリヤに対するサブ・
バンドが形成された際にエミッタからコレクタへ該マイ
ノリティ・キャリヤが共鳴トンネルで遷移するような構
成になっている。
バンドが生成され得るベースと、トンネル効果を生じ得
る程度の厚さを有するエミッタ・ポテンシャル・バリヤ
を介して前記ベースに接するエミッタと、トンネル効果
を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・ポテンシャル
・バリヤを介して前記ベースに接するコレクタとを備え
、前記ベースにマイノリティ・キャリヤに対するサブ・
バンドが形成された際にエミッタからコレクタへ該マイ
ノリティ・キャリヤが共鳴トンネルで遷移するような構
成になっている。
第３図はＱＢＴの具体例を表す要部切断側面図である。
図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はコレクタ
、３はコレクタ・ポテンシャル・バリヤ、４はベース、
５はエミッタ・ポテンシャル・バリヤ、６はエミッタ、
７は金・ゲルマニウム／金（Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ）オーミ
ック性コレクタ電極、８は金・亜鉛／金（Ａｕ−Ｚｎ／
Ａｕ）オーミック性ベース電極、９はＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ
オーミック性エミッタ電極をそれぞれ示している。尚、
ＱＢＴを構成する材料、例えば半導体、或いは、ドーパ
ント、ドーパント濃度等には種々のバリエーションが存
在することは云うまでもない。
、３はコレクタ・ポテンシャル・バリヤ、４はベース、
５はエミッタ・ポテンシャル・バリヤ、６はエミッタ、
７は金・ゲルマニウム／金（Ａｕ−Ｇｅ／Ａｕ）オーミ
ック性コレクタ電極、８は金・亜鉛／金（Ａｕ−Ｚｎ／
Ａｕ）オーミック性ベース電極、９はＡｕ−Ｇｅ／Ａｕ
オーミック性エミッタ電極をそれぞれ示している。尚、
ＱＢＴを構成する材料、例えば半導体、或いは、ドーパ
ント、ドーパント濃度等には種々のバリエーションが存
在することは云うまでもない。
このような構成を有するＱＢＴに於ける動作原理は従来
のバイポーラ半導体装置と全く異なっている。
のバイポーラ半導体装置と全く異なっている。
第４図はＱＢＴが熱平衡状態になる場合のエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラムを表し、第２図に関して説明した部
分と同部分は同記号で指示しである。
ンド・ダイヤグラムを表し、第２図に関して説明した部
分と同部分は同記号で指示しである。
図に於いて、ＰＢＥはエミッタ・ポテンシャル・バリヤ
、ＰＢｃはコレクタ・ポテンシャル・バリヤ、Ｅ＋、、
”Ｅｚ ・・・・Ｅ、ｌ ・・・・はサブ・バンド、Ｌ
＋＋はベースＢの幅（厚み）、ＺはエミッタＥからコレ
クタＣへ向かう方向をそれぞれ示している。
、ＰＢｃはコレクタ・ポテンシャル・バリヤ、Ｅ＋、、
”Ｅｚ ・・・・Ｅ、ｌ ・・・・はサブ・バンド、Ｌ
＋＋はベースＢの幅（厚み）、ＺはエミッタＥからコレ
クタＣへ向かう方向をそれぞれ示している。
さて、エミッタ・ポテンシャル・バリヤＰＢ。
とコレクタ・ポテンシャル・バリヤＰＢＣとで挾まれた
ベースＢは実質的に２次元であり、そして、電子（キャ
リヤ）のＺ方向の運動が量子化される程度に充分に薄く
、例えば、５０〔人〕程度に設定されるものとする。
ベースＢは実質的に２次元であり、そして、電子（キャ
リヤ）のＺ方向の運動が量子化される程度に充分に薄く
、例えば、５０〔人〕程度に設定されるものとする。
このようにベースＢを薄く形成すると、ベースＢはポテ
ンシャルの井戸のような状態になっていて、その中では
、エミッタＥからコレクタＣへ向かう電子、即ち、Ｚ方
向に向かう電子は成る特定のエネルギ準位しかとること
ができない状態が実現される。即ち、前記量子化に伴っ
て、ベースＢにはサブ・ハンドＥ＋ 、Ｅ２ ・・・・
ＥＩｌ ・・・・が形成される。
ンシャルの井戸のような状態になっていて、その中では
、エミッタＥからコレクタＣへ向かう電子、即ち、Ｚ方
向に向かう電子は成る特定のエネルギ準位しかとること
ができない状態が実現される。即ち、前記量子化に伴っ
て、ベースＢにはサブ・ハンドＥ＋ 、Ｅ２ ・・・・
ＥＩｌ ・・・・が形成される。
サブ・ハンドのエネルギ準位Ｅ７は近似的には、即ち、
ポテンシャル・バリヤを無限大とした場合には、 ζ−ｈ／２π ｈニブランク定数 ｎ−エネルギ量子数 ｍ“−電子の有効質量（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍａｓｓ） ＬＢ−ベース幅 で与えられる。
ポテンシャル・バリヤを無限大とした場合には、 ζ−ｈ／２π ｈニブランク定数 ｎ−エネルギ量子数 ｍ“−電子の有効質量（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍａｓｓ） ＬＢ−ベース幅 で与えられる。
さて、このようなＱＢＴに於いて、エミッタＥ及びベー
ス８間に順方向電圧を印加すると、その場合のエネルギ
・ハンド・ダイヤグラムは第５図に見られるように変化
する。
ス８間に順方向電圧を印加すると、その場合のエネルギ
・ハンド・ダイヤグラムは第５図に見られるように変化
する。
第５図では第４図に関して説明した部分と同部分は同記
号で指示しである。
号で指示しである。
図に於いて、ＶＥＲはエミッタ・ベース間電圧、ＶＣＩ
Ｉはコレクタ・ベース間電圧、ＤＢはドブロイ（ＤｅＢ
Ｉｏｇｌｉｅ）波をそれぞれ示シ、ソシて、エミッタ・
ポテンシャル・バリヤＰＢＥ及びコレクタ・ポテンシャ
ル・バリヤＰＢｃそれぞれの厚さは電子がトンネリング
可能な程度に選択されている。
Ｉはコレクタ・ベース間電圧、ＤＢはドブロイ（ＤｅＢ
Ｉｏｇｌｉｅ）波をそれぞれ示シ、ソシて、エミッタ・
ポテンシャル・バリヤＰＢＥ及びコレクタ・ポテンシャ
ル・バリヤＰＢｃそれぞれの厚さは電子がトンネリング
可能な程度に選択されている。
図示のように電圧が印加された場合に於いて、例えば、
エネルギ準位Ｅ＋ と同じエネルギを有する電子がエミ
ッタＥからＺ方向に注入されると、該電子はドブロイ波
ＤＢに見られるように透過率１、即ち、完全透過でコレ
クタＣに到達する。
エネルギ準位Ｅ＋ と同じエネルギを有する電子がエミ
ッタＥからＺ方向に注入されると、該電子はドブロイ波
ＤＢに見られるように透過率１、即ち、完全透過でコレ
クタＣに到達する。
この電子がエミッタＥからコレクタＣに到達する過程で
は、従来のような走行に依るものではなく、トンネル効
果で二つのポテンシャル・バリヤを通り抜ける、所謂、
共鳴トンネル効果（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉ
ｎｇ）に依る遷移である為に極めて高速である。
は、従来のような走行に依るものではなく、トンネル効
果で二つのポテンシャル・バリヤを通り抜ける、所謂、
共鳴トンネル効果（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉ
ｎｇ）に依る遷移である為に極めて高速である。
このＱＢＴをトランジスタ動作させる場合、エミッタ・
ベース間電圧Ｖ０に依ってエネルギ・バンドのアライメ
ントを実現させるのみで良く、原理的にはベース電流は
動作に不可欠ではない。
ベース間電圧Ｖ０に依ってエネルギ・バンドのアライメ
ントを実現させるのみで良く、原理的にはベース電流は
動作に不可欠ではない。
従って、入力電圧は直流的には零であるが、エミッタ・
ベース間静電容量を充電する為の変位電流は流れるので
、これが回路を通して一定電流となり、オーミック電流
がエミッタ及びベース中を流れ、それに依るジュール損
で交流電力は発生ずることになる。
ベース間静電容量を充電する為の変位電流は流れるので
、これが回路を通して一定電流となり、オーミック電流
がエミッタ及びベース中を流れ、それに依るジュール損
で交流電力は発生ずることになる。
一般に、出力電力はコレクタ電流とコレクタ・ベース間
電圧■。との積であるから、このＱＢＴは増幅器として
の機能を有しているものである。
電圧■。との積であるから、このＱＢＴは増幅器として
の機能を有しているものである。
また、ベース・エミッタ間電圧■。Ｂを増加させて、例
えば、エネルギ準位Ｅ１及びＥ２の中間にエミッタの伝
導帯Ｅｃがアライメントされたような場合には、電子の
透過率は零、即ち、完全反射の状態になり、コレクタ電
流も零になる。
えば、エネルギ準位Ｅ１及びＥ２の中間にエミッタの伝
導帯Ｅｃがアライメントされたような場合には、電子の
透過率は零、即ち、完全反射の状態になり、コレクタ電
流も零になる。
更に、ベース・エミッタ間電圧Ｖ。Ｂを増加させて、例
えば、エネルギ準位Ｅ２と伝導帯Ｅ、とがアライメント
されると再び完全透過となり、コレクタ電流が発生する
。
えば、エネルギ準位Ｅ２と伝導帯Ｅ、とがアライメント
されると再び完全透過となり、コレクタ電流が発生する
。
このように、ＱＢＴは、その稀に見る高速性に加え、従
来の半導体装置にない強い非線型と多様な機能を有する
ものである。
来の半導体装置にない強い非線型と多様な機能を有する
ものである。
第６図は前記の点を更に明らかにする為、ＱＢＴと従来
のバイポーラ・トランジスタとの伝達特性を比較して示
す線図である。
のバイポーラ・トランジスタとの伝達特性を比較して示
す線図である。
図では、縦軸にコレクタ電流Ｔｃを、横軸にエミッタ・
ベース間電圧ＶＥＲをそれぞれ採ってあり、ＡはＱＢＴ
の、そして、Ｂは従来のバイポーラ・トランジスタのそ
れぞれの特性線、■１及び■２は伝導帯ＥＣをそれぞれ
エネルギ準位ＥＩ及びＥ２にアライメントする為のエミ
ッタ・ベース間電圧■。をそれぞれ示している。
ベース間電圧ＶＥＲをそれぞれ採ってあり、ＡはＱＢＴ
の、そして、Ｂは従来のバイポーラ・トランジスタのそ
れぞれの特性線、■１及び■２は伝導帯ＥＣをそれぞれ
エネルギ準位ＥＩ及びＥ２にアライメントする為のエミ
ッタ・ベース間電圧■。をそれぞれ示している。
図から判るように、従来のバイポーラ・トランジスタで
は、エミッタ・ベース間電圧ＶＥＲに対してコレクタ電
流Ｉ、は単調に増加するだけであるが、ＱＢＴでは、エ
ミッタ・ベース間電圧ＶＥＲが■１及びｖ２であるとき
のみ、パルス状のコレクタ電流■、が発生し、このコレ
クタ電流１ｃはエミッタ・ベース間電圧■。に対して極
めて非線型性が強い依存性を示す。この特徴的な伝達特
性は、通常のバイナリ論理回路のみならず、多値論理回
路などの高度の論理回路の実現に有効である。
は、エミッタ・ベース間電圧ＶＥＲに対してコレクタ電
流Ｉ、は単調に増加するだけであるが、ＱＢＴでは、エ
ミッタ・ベース間電圧ＶＥＲが■１及びｖ２であるとき
のみ、パルス状のコレクタ電流■、が発生し、このコレ
クタ電流１ｃはエミッタ・ベース間電圧■。に対して極
めて非線型性が強い依存性を示す。この特徴的な伝達特
性は、通常のバイナリ論理回路のみならず、多値論理回
路などの高度の論理回路の実現に有効である。
前記説明で判るように、既提供のＱＢＴは従来のバイポ
ーラ・トランジスタに比較して多くの優れた特質を有し
ているが、未だ改良されるべき点が存在している。
ーラ・トランジスタに比較して多くの優れた特質を有し
ているが、未だ改良されるべき点が存在している。
第７図はベースが高濃度で縮退しているＱＢＴが動作状
態にある場合のエネルギ・ハンド・ダイヤグラムを表し
、第５図に関して説明した部分と同部分は同記号で指示
しである。
態にある場合のエネルギ・ハンド・ダイヤグラムを表し
、第５図に関して説明した部分と同部分は同記号で指示
しである。
この図に於いては、エミッタＥに於ける伝導帯ＥＣ１即
ち、伝導帯の底のエネルギがベースＢに於ける基底サブ
・バンドＥ１と一致した動作状態が示されている。
ち、伝導帯の底のエネルギがベースＢに於ける基底サブ
・バンドＥ１と一致した動作状態が示されている。
このとき、エミッタＥの価電子帯Ｅｖ、即ち、価電子帯
の頂上のエネルギは、ベースＢの擬フェルミ・レベルＥ
Ｆ及び価電子帯Ｅｖより高エネルギとなる為、エミッタ
Ｅに於ける価電子が矢印ＴＮで示すようにベースＢの価
電子帯Ｅｖにトンネリングする。この現象は、ベースＢ
中の正孔がエミッタＥに注入されることと同じことであ
り、ＱＢＴの電流増幅率ｈＦＥを劣化させる最大の原因
となっている。
の頂上のエネルギは、ベースＢの擬フェルミ・レベルＥ
Ｆ及び価電子帯Ｅｖより高エネルギとなる為、エミッタ
Ｅに於ける価電子が矢印ＴＮで示すようにベースＢの価
電子帯Ｅｖにトンネリングする。この現象は、ベースＢ
中の正孔がエミッタＥに注入されることと同じことであ
り、ＱＢＴの電流増幅率ｈＦＥを劣化させる最大の原因
となっている。
本発明は、ＱＢＴに於ける前記正孔のトンネリングを抑
制することに依って電流増幅率を向上させることが目的
である。
制することに依って電流増幅率を向上させることが目的
である。
本発明の半導体装置では、マイノリティ・キャリヤに対
するサブ・バンドが生成され得るベースと、トンネル効
果を生じ得る程度の厚さを有するエミッタ・ポテンシャ
ル・バリヤを介して前記ベースに接し且つ前記ベースを
構成する半導体に於けるエネルギ・バンド・ギャップよ
り大なるそれを有する半導体で構成されたエミッタと、
トンネル効果を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・
ポテンシャル・バリヤを介して前記ベースに接するコレ
クタとを備え、前記ベースにマイノリティ・キャリヤに
対するサブ・バンドが生成された際にエミッタからコレ
クタへ該マイノリティ・キャリヤが共鳴トンネル効果で
遷移することを特徴とする構成を採っている。
するサブ・バンドが生成され得るベースと、トンネル効
果を生じ得る程度の厚さを有するエミッタ・ポテンシャ
ル・バリヤを介して前記ベースに接し且つ前記ベースを
構成する半導体に於けるエネルギ・バンド・ギャップよ
り大なるそれを有する半導体で構成されたエミッタと、
トンネル効果を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・
ポテンシャル・バリヤを介して前記ベースに接するコレ
クタとを備え、前記ベースにマイノリティ・キャリヤに
対するサブ・バンドが生成された際にエミッタからコレ
クタへ該マイノリティ・キャリヤが共鳴トンネル効果で
遷移することを特徴とする構成を採っている。
前記構成を採ると、エミッタの価電子帯頂上のエネルギ
かベースの擬フェルミ・レベル及び価電子帯より低エネ
ルギとなり、エミッタの価電子がベース中にトンネリン
グすることは禁止される。
かベースの擬フェルミ・レベル及び価電子帯より低エネ
ルギとなり、エミッタの価電子がベース中にトンネリン
グすることは禁止される。
その結果、ベース中の正孔がエミッタに注入されること
はなくなり、電流増幅率は向上する。
はなくなり、電流増幅率は向上する。
本発明に於ける半導体装置の具体的構造は第３図に示し
た従来のＱＢＴと同様であり、その材料構成等の一例を
示すと次の通りである。 ゛（１）エミッタ 半導体： Ａ６ｏ、＋ Ｇａｏ、＋、Ａｓ厚み：１ 〔
μｍ〕 ドーパント濃度： Ｉ Ｘ １０Ｉ８（ｃｍ−’）ドー
パント：５ｉ （２）エミッタ・ポテンシャル・バリヤ半導体： Ａ１
１ｏ、ａ Ｇａｏ、６ Ａｓ厚み：２０ 〔人〕 ドーパント濃度ニー ドーパント：− （３）ベース 半導体：ＧａＡｓ 厚み：５０〔人〕 ドーパント濃度： ２ Ｘ １０Ｉ９（ｃｍ−’）ドー
パント：Ｂｅ （４）コレクタ・ポテンシャル・バリヤ半導体： Ａｌ
１６．ａ Ｇａ０．、 Ａｓ厚み：２０〔人〕 ドーパント濃度ニー ドーパントニー （５）コレクタ 半導体：ＧａＡｓ 厚み：１ 〔μｍ〕 ドーパント濃度： ２’Ｘ １０” （ａｍ−３）ドー
パント：＄ｉ この実施例を製造する場合に適用するプロセスは従来か
ら多用されている技術を用いて容易に実施することが可
能であるから、ここでは、その概要を説明する。尚、構
造及び各部の記号は第３図を流用するものとする。
た従来のＱＢＴと同様であり、その材料構成等の一例を
示すと次の通りである。 ゛（１）エミッタ 半導体： Ａ６ｏ、＋ Ｇａｏ、＋、Ａｓ厚み：１ 〔
μｍ〕 ドーパント濃度： Ｉ Ｘ １０Ｉ８（ｃｍ−’）ドー
パント：５ｉ （２）エミッタ・ポテンシャル・バリヤ半導体： Ａ１
１ｏ、ａ Ｇａｏ、６ Ａｓ厚み：２０ 〔人〕 ドーパント濃度ニー ドーパント：− （３）ベース 半導体：ＧａＡｓ 厚み：５０〔人〕 ドーパント濃度： ２ Ｘ １０Ｉ９（ｃｍ−’）ドー
パント：Ｂｅ （４）コレクタ・ポテンシャル・バリヤ半導体： Ａｌ
１６．ａ Ｇａ０．、 Ａｓ厚み：２０〔人〕 ドーパント濃度ニー ドーパントニー （５）コレクタ 半導体：ＧａＡｓ 厚み：１ 〔μｍ〕 ドーパント濃度： ２’Ｘ １０” （ａｍ−３）ドー
パント：＄ｉ この実施例を製造する場合に適用するプロセスは従来か
ら多用されている技術を用いて容易に実施することが可
能であるから、ここでは、その概要を説明する。尚、構
造及び各部の記号は第３図を流用するものとする。
（ａｌ 先ず、例えば分子線エピタキシャル成長（ｍｏ
ｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）
法を適用することに依り、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に
ｎ型ＧａＡｓコレクタ２、Ａｌ０．４ Ｇａｏ、ｂ Ａ
ｓコレクタ・ポテンシャル・バリヤ３、ｐ型ＧａＡｓベ
ース４、ＡＩｔｏ、ａＧａｏ、６Ａｓエミツタ・ポテン
シャル・バリヤ５、ｎ型ＧａＡｓエミッタ６を前記の順
に成長させる。尚、ｎ型ＧａＡｓエミッタ６は、後にエ
ミッタ電極を合金化する為の熱処理をした際に突き抜け
を生じないように充分に厚く、例えば約１ 〔μｍ〕程
度に形成しであるが、その不純物濃度を充分に高くすれ
ば、前記熱処理は不要になるから、薄くすることも可能
である。
ｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）
法を適用することに依り、半絶縁性ＧａＡｓ基板１上に
ｎ型ＧａＡｓコレクタ２、Ａｌ０．４ Ｇａｏ、ｂ Ａ
ｓコレクタ・ポテンシャル・バリヤ３、ｐ型ＧａＡｓベ
ース４、ＡＩｔｏ、ａＧａｏ、６Ａｓエミツタ・ポテン
シャル・バリヤ５、ｎ型ＧａＡｓエミッタ６を前記の順
に成長させる。尚、ｎ型ＧａＡｓエミッタ６は、後にエ
ミッタ電極を合金化する為の熱処理をした際に突き抜け
を生じないように充分に厚く、例えば約１ 〔μｍ〕程
度に形成しであるが、その不純物濃度を充分に高くすれ
ば、前記熱処理は不要になるから、薄くすることも可能
である。
（ｂ） 例えば、フン化水素酸（ＨＦ）系エツチング液
を用い、素子間分離の為のメサ・エツチングを行う。
を用い、素子間分離の為のメサ・エツチングを行う。
このメサ・エツチングは半絶縁性ＧａＡｓ基板１に達す
るまで行う。
るまで行う。
（Ｃ） ベース・パターンのフォト・レジスト膜（図示
せず）を形成し、そのフォト・レジスト膜をマスクとし
てフン化水素酸系エツチング液を用い、ｎ型ＧａＡｓコ
レクク２に到達するまでメサ・エツチングを行い、コレ
クタ・ポテンシャル・バリヤ３、ベース４、エミッタ・
ポテンシャル・バリヤ５、エミッタ６を選択的に除去す
る。
せず）を形成し、そのフォト・レジスト膜をマスクとし
てフン化水素酸系エツチング液を用い、ｎ型ＧａＡｓコ
レクク２に到達するまでメサ・エツチングを行い、コレ
クタ・ポテンシャル・バリヤ３、ベース４、エミッタ・
ポテンシャル・バリヤ５、エミッタ６を選択的に除去す
る。
＋ｄｌ エミッタ電極及びコレクタ電極の形成予定部分
に開口を有するフォト・レジスト膜（図示せず）を形成
する。
に開口を有するフォト・レジスト膜（図示せず）を形成
する。
（８１蒸着法を適用することに依り、Ａ ｕ−Ｇ ｅ
／Ａｕ膜を形成し、次いで、それをリフト・オフに依っ
てパターニングする為、前記フォト・レジスト膜の溶解
・除去を行い、その後、合金化処理を行ってコレクタ電
極及びエミッタ電極９を形成する。
／Ａｕ膜を形成し、次いで、それをリフト・オフに依っ
てパターニングする為、前記フォト・レジスト膜の溶解
・除去を行い、その後、合金化処理を行ってコレクタ電
極及びエミッタ電極９を形成する。
（ｆ） ベース電極８を形成する為のパターンを有する
フォト・レジスト膜（図示せず）を形成し、ＣＣβ２Ｆ
Ｚ系のエッチ中ントを用いたドライ・エツチング法を適
用することに依り、エミッタ６を選択的に除去する。
フォト・レジスト膜（図示せず）を形成し、ＣＣβ２Ｆ
Ｚ系のエッチ中ントを用いたドライ・エツチング法を適
用することに依り、エミッタ６を選択的に除去する。
（ｇｌ 蒸着法を適用することに依り、Ａｕ −Ｚｎ／
Ａｕ膜を形成し、次いで、それをリフト・オフに依って
パターニングする為、前記工程（ｆ）で形成したフォト
・レジスト膜の溶解・除去を行い、その後、合金化処理
を行ってベース電極８を形成し完成する。
Ａｕ膜を形成し、次いで、それをリフト・オフに依って
パターニングする為、前記工程（ｆ）で形成したフォト
・レジスト膜の溶解・除去を行い、その後、合金化処理
を行ってベース電極８を形成し完成する。
第１図は前記説明した工程を採って製造された本発明一
実施例であるワイド・エネルギ・バンド・ギャップ・エ
ミッタＱＢＴが動作状態にある場合のエネルギ・バンド
・ダイヤグラムを表し、第４図、第５図、第７図に関し
て説明した部分と同部分は同記号で指示しである。
実施例であるワイド・エネルギ・バンド・ギャップ・エ
ミッタＱＢＴが動作状態にある場合のエネルギ・バンド
・ダイヤグラムを表し、第４図、第５図、第７図に関し
て説明した部分と同部分は同記号で指示しである。
図に於いて、ＥＧＥはエミッタＥに於けるエネルギ・バ
ンド・ギャップ、ＥＧＢはベースＢに於けるエネルギ・
バンド・ギャップをそれぞれ示している。
ンド・ギャップ、ＥＧＢはベースＢに於けるエネルギ・
バンド・ギャップをそれぞれ示している。
図から理解できるように、エミッタＥに於ける価電子帯
ＥｖがベースＢに於ける擬フェルミ・レベルＥ、及び価
電子帯Ｅｖより低エネルギであるからエミッタＥに於け
る価電子がベースＢヘトンネリングすることはできず、
従って、ベースＢ中の正孔がエミッタＥに注入されるこ
ともなく、無効ベース電流は流れないから、従来のＱＢ
Ｔに比較して電流増幅率は約１桁向上し、３０００乃至
５０００程度になる。
ＥｖがベースＢに於ける擬フェルミ・レベルＥ、及び価
電子帯Ｅｖより低エネルギであるからエミッタＥに於け
る価電子がベースＢヘトンネリングすることはできず、
従って、ベースＢ中の正孔がエミッタＥに注入されるこ
ともなく、無効ベース電流は流れないから、従来のＱＢ
Ｔに比較して電流増幅率は約１桁向上し、３０００乃至
５０００程度になる。
本発明の半導体装置では、マイノリティ・キャリヤに対
するサブ・バンドが生成され得るベースと、トンネル効
果を生じ得る程度の厚さを有するエミッタ・ポテンシャ
ル・バリヤを介して前記ベースに接し且つ前記ベースを
構成する半導体に於けるエネルギ・バンド・ギャップよ
り大なるそれを有する半導体で構成されたエミッタと、
トンネル効果を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・
ポテンシャル・バリヤを介して前記ベースに接するコレ
クタとを備え、前記ベースにマイノリティ・キャリヤに
対するサブ・ハンドが生成された際にエミッタからコレ
クタへ該マイノリティ・キャリヤが共鳴トンネル効果で
遷移する構成を採っている。
するサブ・バンドが生成され得るベースと、トンネル効
果を生じ得る程度の厚さを有するエミッタ・ポテンシャ
ル・バリヤを介して前記ベースに接し且つ前記ベースを
構成する半導体に於けるエネルギ・バンド・ギャップよ
り大なるそれを有する半導体で構成されたエミッタと、
トンネル効果を生じ得る程度の厚さを有するコレクタ・
ポテンシャル・バリヤを介して前記ベースに接するコレ
クタとを備え、前記ベースにマイノリティ・キャリヤに
対するサブ・ハンドが生成された際にエミッタからコレ
クタへ該マイノリティ・キャリヤが共鳴トンネル効果で
遷移する構成を採っている。
このような構成を採ることに依り、エミッタに於ける価
電子帯に於ける頂上のエネルギは、ベースに於ける擬フ
ェルミ・レベル及び価電子帯に於ける頂上のエネルギよ
りも常に高い状態になり、エミッタに於ける価電子がベ
ースに於ける価電子帯にトンネル効果することは不可能
になる。従って、ベースに於ける正孔がエミッタに注入
される現象はなくなり、無効ベース電流が流れることは
ない。
電子帯に於ける頂上のエネルギは、ベースに於ける擬フ
ェルミ・レベル及び価電子帯に於ける頂上のエネルギよ
りも常に高い状態になり、エミッタに於ける価電子がベ
ースに於ける価電子帯にトンネル効果することは不可能
になる。従って、ベースに於ける正孔がエミッタに注入
される現象はなくなり、無効ベース電流が流れることは
ない。
その結果、ＱＢＴに於ける電流増幅率は向上させること
ができ、また、ＱＢＴ本来の高速性、非線型性などの特
徴もそのまま維持される。
ができ、また、ＱＢＴ本来の高速性、非線型性などの特
徴もそのまま維持される。
第１図は本発明一実施例が動作状態にある場合のエネル
ギ・バンド・ダイヤグラム、第２図は従来のｎｐｎ型バ
イポーラ半導体装置に於けるエネルギ・ハンド・ダイヤ
グラム、第３図はＱＢＴの要部切断側面図、第４図はＱ
ＢＴが熱平衡状態にある場合のエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラム、第５図はＱＥＴが動作状態にある場合のエネ
ルギ・バンド・ダイヤグラム、第６図はＱＢＴと従来の
ｎｐｎ型バイポーラ半導体装置との伝達特性を比較して
示した線図、第７図は従来のＱＢＴに於ける欠点を説明
する為のエネルギ・ハンド・ダイヤグラムをそれぞれ表
している。 図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はコレクタ
、３はコレクタ・ポテンシャル・バリヤ、４はベース、
５はエミッタ・ポテンシャル・バリヤ、６はエミッタ、
７はコレクタ電極、８はベース電極、９はエミッタ電極
、Ｅはエミッタ、Ｂはベース、Ｃはコレクタ、ＥＦはフ
ェルミ・レヘル、Ｅｖは価電子帯、Ｅｃは伝導帯、ＰＢ
Ｅはエミッタ・ポテンシャル・バリヤ、ＰＢＣはコレク
タ・ポテンシャル・バリヤ、Ｅ、、Ｅ！ ・・・・はサ
ブ・バンド、ＬＩｌはベースＢの幅、ＺはエミッタＥか
らコレクタＣへ向かう方向、ＶＥＩ＋はエミッタ・ベー
ス間電圧、ｖｃＢはコレクタ・ベース間電圧、ＤＢはド
ブロイ波、ＥＧＥはエミッタに於けるエネルギ・ハンド
・ギヤツブ、ＥＧＩ＋はベースに於けるエネルギ・ハン
ド・ギャップをそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第２図 第３図 第４図
ギ・バンド・ダイヤグラム、第２図は従来のｎｐｎ型バ
イポーラ半導体装置に於けるエネルギ・ハンド・ダイヤ
グラム、第３図はＱＢＴの要部切断側面図、第４図はＱ
ＢＴが熱平衡状態にある場合のエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラム、第５図はＱＥＴが動作状態にある場合のエネ
ルギ・バンド・ダイヤグラム、第６図はＱＢＴと従来の
ｎｐｎ型バイポーラ半導体装置との伝達特性を比較して
示した線図、第７図は従来のＱＢＴに於ける欠点を説明
する為のエネルギ・ハンド・ダイヤグラムをそれぞれ表
している。 図に於いて、１は半絶縁性ＧａＡｓ基板、２はコレクタ
、３はコレクタ・ポテンシャル・バリヤ、４はベース、
５はエミッタ・ポテンシャル・バリヤ、６はエミッタ、
７はコレクタ電極、８はベース電極、９はエミッタ電極
、Ｅはエミッタ、Ｂはベース、Ｃはコレクタ、ＥＦはフ
ェルミ・レヘル、Ｅｖは価電子帯、Ｅｃは伝導帯、ＰＢ
Ｅはエミッタ・ポテンシャル・バリヤ、ＰＢＣはコレク
タ・ポテンシャル・バリヤ、Ｅ、、Ｅ！ ・・・・はサ
ブ・バンド、ＬＩｌはベースＢの幅、ＺはエミッタＥか
らコレクタＣへ向かう方向、ＶＥＩ＋はエミッタ・ベー
ス間電圧、ｖｃＢはコレクタ・ベース間電圧、ＤＢはド
ブロイ波、ＥＧＥはエミッタに於けるエネルギ・ハンド
・ギヤツブ、ＥＧＩ＋はベースに於けるエネルギ・ハン
ド・ギャップをそれぞれ示している。 特許出願人 富士通株式会社 代理人弁理士 相 谷 昭 司 代理人弁理士 渡 邊 弘 − 第２図 第３図 第４図
Claims (1)
- マイノリティ・キャリヤに対するサブ・バンドが生成さ
れ得るベースと、トンネル効果を生じ得る程度の厚さを
有するエミッタ・ポテンシャル・バリヤを介して前記ベ
ースに接し且つ前記ベースを構成する半導体に於けるエ
ネルギ・バンド・ギャップより大なるそれを有する半導
体で構成されたエミッタと、トンネル効果を生じ得る程
度の厚さを有するコレクタ・ポテンシャル・バリヤを介
して前記ベースに接するコレクタとを備え、前記ベース
にマイノリティ・キャリヤに対するサブ・バンドが生成
された際にエミッタからコレクタへ該マイノリティ・キ
ャリヤが共鳴トンネル効果で遷移することを特徴とする
半導体装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109436A JPS60254657A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体装置 |
| CA000478704A CA1237824A (en) | 1984-04-17 | 1985-04-10 | Resonant tunneling semiconductor device |
| EP85400744A EP0159273B1 (en) | 1984-04-17 | 1985-04-16 | Semiconductor device |
| DE8585400744T DE3583302D1 (de) | 1984-04-17 | 1985-04-16 | Halbleiteranordnung. |
| KR1019850002594A KR900004466B1 (ko) | 1984-04-17 | 1985-04-17 | 반도체 장치 |
| US07/059,216 US4958201A (en) | 1984-04-17 | 1987-06-05 | Resonant tunneling minority carrier transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59109436A JPS60254657A (ja) | 1984-05-31 | 1984-05-31 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60254657A true JPS60254657A (ja) | 1985-12-16 |
| JPH0337737B2 JPH0337737B2 (ja) | 1991-06-06 |
Family
ID=14510195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59109436A Granted JPS60254657A (ja) | 1984-04-17 | 1984-05-31 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60254657A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62217658A (ja) * | 1986-03-18 | 1987-09-25 | Fujitsu Ltd | 共鳴トンネル半導体装置 |
| JPS62229878A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-10-08 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
| JPS6331165A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-09 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | 共鳴トンネリング半導体デバイス |
| JPS63199511A (ja) * | 1987-02-14 | 1988-08-18 | Fujitsu Ltd | 比較回路 |
| JPH08213408A (ja) * | 1995-10-27 | 1996-08-20 | Nec Corp | 高注入効率半導体接合 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51128268A (en) * | 1975-04-30 | 1976-11-09 | Sony Corp | Semiconductor unit |
| JPS52105785A (en) * | 1976-02-27 | 1977-09-05 | Max Planck Gesellschaft | Multiilayer semiconductor element |
-
1984
- 1984-05-31 JP JP59109436A patent/JPS60254657A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51128268A (en) * | 1975-04-30 | 1976-11-09 | Sony Corp | Semiconductor unit |
| JPS52105785A (en) * | 1976-02-27 | 1977-09-05 | Max Planck Gesellschaft | Multiilayer semiconductor element |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62229878A (ja) * | 1986-03-04 | 1987-10-08 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
| JPS62217658A (ja) * | 1986-03-18 | 1987-09-25 | Fujitsu Ltd | 共鳴トンネル半導体装置 |
| JPS6331165A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-09 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | 共鳴トンネリング半導体デバイス |
| JPS63199511A (ja) * | 1987-02-14 | 1988-08-18 | Fujitsu Ltd | 比較回路 |
| JPH08213408A (ja) * | 1995-10-27 | 1996-08-20 | Nec Corp | 高注入効率半導体接合 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0337737B2 (ja) | 1991-06-06 |
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