JPS61216468A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS61216468A JPS61216468A JP60059268A JP5926885A JPS61216468A JP S61216468 A JPS61216468 A JP S61216468A JP 60059268 A JP60059268 A JP 60059268A JP 5926885 A JP5926885 A JP 5926885A JP S61216468 A JPS61216468 A JP S61216468A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- layers
- emitter
- barrier
- base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- 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]
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/82—Heterojunctions
- H10D62/824—Heterojunctions comprising only Group III-V materials heterojunctions, e.g. GaN/AlGaN heterojunctions
Landscapes
- 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
本発明は半導体装置、特に高速度半導体スイッチ装置に
関するものである。
関するものである。
従来の技術
高速度半導体スイッチ装置の性能が１０−・秒の速度に
近づくにつれ、拡散による少数キャリア移動を用いる半
導体スイッチｔ装置においては、時間的制限の問題がま
すます顕著になりつつある。この制限を０避するための
一つの方法は、多重障壁を通しての共鳴量子力学的透過
のメカニズムを利用するキャリア流動に依存する＠置を
作ることであった。
近づくにつれ、拡散による少数キャリア移動を用いる半
導体スイッチｔ装置においては、時間的制限の問題がま
すます顕著になりつつある。この制限を０避するための
一つの方法は、多重障壁を通しての共鳴量子力学的透過
のメカニズムを利用するキャリア流動に依存する＠置を
作ることであった。
第３図（ａ）、（ｂ）に従来の共鳴量子力学的透過のメ
カニズムを利用したトランジスタの構造およびそのエネ
ルギーバンドを示す（特開昭５８−３２７７号）。第３
図において、１はエミッタ、２はベース、３はコレクタ
である。ベース２は、第３図（ｂ）のエネルギーバンド
図に示すように、量子井戸構造になっており、そのエネ
ルギー準位は高準位 Ｅ２と低準位Ｅ１が存在し、エミ
ッタ１とコレクタ３に一定バイアス電圧を印加し、エミ
ッタ１、ベース２間の電位を変化させた場合に高°準位
Ｅ２で共鳴量子力学的効果が起こり、低準位Ｅ１で起こ
らないように量子井戸構造を形成している。このように
して、あるベース２、エミッタ１間の電位でエミッタ１
からコレクタ３に共鳴的に電流が流れるスイッチング素
子が形成されている。
カニズムを利用したトランジスタの構造およびそのエネ
ルギーバンドを示す（特開昭５８−３２７７号）。第３
図において、１はエミッタ、２はベース、３はコレクタ
である。ベース２は、第３図（ｂ）のエネルギーバンド
図に示すように、量子井戸構造になっており、そのエネ
ルギー準位は高準位 Ｅ２と低準位Ｅ１が存在し、エミ
ッタ１とコレクタ３に一定バイアス電圧を印加し、エミ
ッタ１、ベース２間の電位を変化させた場合に高°準位
Ｅ２で共鳴量子力学的効果が起こり、低準位Ｅ１で起こ
らないように量子井戸構造を形成している。このように
して、あるベース２、エミッタ１間の電位でエミッタ１
からコレクタ３に共鳴的に電流が流れるスイッチング素
子が形成されている。
発明が解決しようとする問題点
上記のような、従来技術における量子井戸では、エネル
ギー準位が少なくとも２つ必要としているため、障壁を
高くするか、または井戸である層の厚さを薄くする必要
がある。第４図に、Ｇａ ＡｓとＡρｘ Ｑａ １−ｘ
Ａｓのへテロ界面における障壁の蒜さと、そのときの
格子定数の変化を示す。
ギー準位が少なくとも２つ必要としているため、障壁を
高くするか、または井戸である層の厚さを薄くする必要
がある。第４図に、Ｇａ ＡｓとＡρｘ Ｑａ １−ｘ
Ａｓのへテロ界面における障壁の蒜さと、そのときの
格子定数の変化を示す。
第４図かられかるように、上記の如く、障壁を高くすれ
ば、ヘテロ界面における格子定数の差も大きくなり、歪
みなどが生じて結晶成長が困難となる。また、井戸の層
が薄い量子井戸を形成することも難しい。
ば、ヘテロ界面における格子定数の差も大きくなり、歪
みなどが生じて結晶成長が困難となる。また、井戸の層
が薄い量子井戸を形成することも難しい。
さらに、スイッチ動作として、エミッタ１、ベース２闇
のある電圧で共鳴的に電流が流れるため、スイッチ電流
が流れるエミッタ１、ベース２闇の電圧の範囲が狭くな
り、スイッチ素子として使用しにくい。
のある電圧で共鳴的に電流が流れるため、スイッチ電流
が流れるエミッタ１、ベース２闇の電圧の範囲が狭くな
り、スイッチ素子として使用しにくい。
問題点を解決するための手段
本発明は、このような問題点を解決するもので、第２層
の対向側に第１層及び第３層を有する半導体単結晶を有
し、各層は同一導電型であり、前記第１層と第２ＷＩの
間及び第３層と第２層の間に、障壁となる前記第１層、
第２層、第３層の禁止帯幅と異なる半導体結晶の第４層
、第５層を設け、前記第４層、第２層、第５層が量子井
戸となる構造で、前記第４ｍの障壁が前記第５１Ｉｌの
障壁より小さくなるようにしており、望ましくは１．第
４層、第２ｆｌｌ、第５層からなる量子井戸構造のエネ
ルギー準位がただ一つであることを、特徴とし、第ｊｌ
ｌをエミッタ領域、第２層をベース領域、第３層をコレ
クタ領域とした３端子素子として用いるものである。
の対向側に第１層及び第３層を有する半導体単結晶を有
し、各層は同一導電型であり、前記第１層と第２ＷＩの
間及び第３層と第２層の間に、障壁となる前記第１層、
第２層、第３層の禁止帯幅と異なる半導体結晶の第４層
、第５層を設け、前記第４層、第２層、第５層が量子井
戸となる構造で、前記第４ｍの障壁が前記第５１Ｉｌの
障壁より小さくなるようにしており、望ましくは１．第
４層、第２ｆｌｌ、第５層からなる量子井戸構造のエネ
ルギー準位がただ一つであることを、特徴とし、第ｊｌ
ｌをエミッタ領域、第２層をベース領域、第３層をコレ
クタ領域とした３端子素子として用いるものである。
作用
この構成により、第４層、第２Ｊｉｌ、第５！からなる
量子井戸では、エネルギー準位がただ一つにできるため
、障壁も低くてよく、結晶成長も容易である。また、第
３層をコレクタとして用いると、第４１Ｉｌの障壁が第
５１の障壁より小さいため、共鳴時の電子の透過率が大
きくなり、同時に電流量も大きくなり、スイッチ電流が
流れるエミッタ、ベース間の電圧の範囲が広くなる。
量子井戸では、エネルギー準位がただ一つにできるため
、障壁も低くてよく、結晶成長も容易である。また、第
３層をコレクタとして用いると、第４１Ｉｌの障壁が第
５１の障壁より小さいため、共鳴時の電子の透過率が大
きくなり、同時に電流量も大きくなり、スイッチ電流が
流れるエミッタ、ベース間の電圧の範囲が広くなる。
、実施例
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。第
１図（ａ）、（ｂ）に本発明の一実施例における高速度
スイッチ装置の構造とエネルギーバンドを示す。１１．
１３は不純物濃度がｉ ｏ’、−ｔのＮ型のＧａ Ａｓ
ＩＩで、それぞ゛れ３００＾、２００μ５（Ｆ）膜厚
を有し、エミッタ、コレクタ領域を構成して
□イル。１２ハネ純吻濃度が１０’ｃ＊−”のＮ型Ｇａ
Ａｓ層で、５０Ａの膜厚を有し、ベース領域である。
１図（ａ）、（ｂ）に本発明の一実施例における高速度
スイッチ装置の構造とエネルギーバンドを示す。１１．
１３は不純物濃度がｉ ｏ’、−ｔのＮ型のＧａ Ａｓ
ＩＩで、それぞ゛れ３００＾、２００μ５（Ｆ）膜厚
を有し、エミッタ、コレクタ領域を構成して
□イル。１２ハネ純吻濃度が１０’ｃ＊−”のＮ型Ｇａ
Ａｓ層で、５０Ａの膜厚を有し、ベース領域である。
１４゜１５はアンドープのＡ、Ａｘ Ｇａ １− ｘ
Ａｓ層で、Ａρのモル比Ｘは０．２と０．３であり、そ
れぞれ５０ ／ｓ。
Ａｓ層で、Ａρのモル比Ｘは０．２と０．３であり、そ
れぞれ５０ ／ｓ。
の膜厚を有し、層１１と１２の間及び層１２と１３の間
に介装されている。２１．２２．２３はエミッタ、ベー
ス、コレクタの各電極である。１１．１２．１３．１４
．１５の各層の、製造は、１３のＮ型Ｇａ Ａｓ層を基
板として、 □゛その上にＭＢＥ法によって形成
される。
に介装されている。２１．２２．２３はエミッタ、ベー
ス、コレクタの各電極である。１１．１２．１３．１４
．１５の各層の、製造は、１３のＮ型Ｇａ Ａｓ層を基
板として、 □゛その上にＭＢＥ法によって形成
される。
第２図に本実施例装置の電気的特性を示す。縦
□軸はエミッタ電極２１、コレクタ電極２３間の電流
量 一度、横軸、はエミッタ電極２１、ベース
電極２２−の電圧である。このときのエミッタ電極２１
、コレクタ電極２３１１１の電圧は０．２Ｖの一定電圧
を印加した場合であ、る。エミッタ電極２１、ベース電
極２２間の電圧が約ｏ、ｏａｓｖで電流が増加している
。また、このスイッチ動作は２．５７ Ｈｚの高周波で
もｍｓされている。２４は本実施例の特性、２５は従来
例の特性である。
□軸はエミッタ電極２１、コレクタ電極２３間の電流
量 一度、横軸、はエミッタ電極２１、ベース
電極２２−の電圧である。このときのエミッタ電極２１
、コレクタ電極２３１１１の電圧は０．２Ｖの一定電圧
を印加した場合であ、る。エミッタ電極２１、ベース電
極２２間の電圧が約ｏ、ｏａｓｖで電流が増加している
。また、このスイッチ動作は２．５７ Ｈｚの高周波で
もｍｓされている。２４は本実施例の特性、２５は従来
例の特性である。
従来の技術では、量子井戸内に高単位と低準位を必要、
！： Ｌ／ ｔｃため、Ａｌｘ Ｇａ １− ｘ Ａｓ
１１１４゜１５のモル比Ｘがともに０．３５以上必要
であり、そのため、第２図の破線２５のように電流が低
下し、スイッチ動作のエミッタ・ベース間の電圧の範囲
も減少してしまう。また、Ａρｘ （３ａ １−ｘ Ａ
ｓ層１４のモル比×を０．２まで減少しているため、Ｇ
ａＡｓ層１１．１２とＡｌｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ ８
１１４の格子定数の差も減少し、従来に比べてヘテロ界
面の歪なども軽減されている。
！： Ｌ／ ｔｃため、Ａｌｘ Ｇａ １− ｘ Ａｓ
１１１４゜１５のモル比Ｘがともに０．３５以上必要
であり、そのため、第２図の破線２５のように電流が低
下し、スイッチ動作のエミッタ・ベース間の電圧の範囲
も減少してしまう。また、Ａρｘ （３ａ １−ｘ Ａ
ｓ層１４のモル比×を０．２まで減少しているため、Ｇ
ａＡｓ層１１．１２とＡｌｘ Ｇａ １−ｘ Ａｓ ８
１１４の格子定数の差も減少し、従来に比べてヘテロ界
面の歪なども軽減されている。
発明の効果
本発明の半導体装置によれば、量子井戸内のエネルギー
準位を一つにすることにより、障壁を低クシ、ヘテロ接
合の格子定数の差を減少して歪みを軽減し、またエミッ
タ側の障壁の＾さをコレクタ側の障壁の高さより小さく
することにより、共鳴時の電流を大きクシ、スイッチ電
流が流れるエミッタ・ベース間の電圧の範囲を広くする
ことができる。
準位を一つにすることにより、障壁を低クシ、ヘテロ接
合の格子定数の差を減少して歪みを軽減し、またエミッ
タ側の障壁の＾さをコレクタ側の障壁の高さより小さく
することにより、共鳴時の電流を大きクシ、スイッチ電
流が流れるエミッタ・ベース間の電圧の範囲を広くする
ことができる。
第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施例である半導体
スイッチ装置の構造を示す断面図とエネルギーバンドを
示す図、第２図は本実施例の電気特性図、第３図（ａ）
、（ｂ）は従来例の構造を示す断面図とエネルギーバン
ドを示す図、第４図はへテロ界面の障壁の高さと格子定
数の変化を示した図である。 １１、１３−Ｎ型Ｇａ Ａｓ ＩＩ、 １２−Ｎ型Ｇａ
Ａｓ ｍ１％１４、 ｌ５−Ａ ｎ ｘ Ｇａ １−
ｘ Ａｓ １１１２１”’エミッタ電極、２２・・・
ベース電極、２３・・・コレクタ電極代理人 森
本 義 弘 第１図 第２図 （ｘｔσＶＩＩＡ／、−９ 工５ミフ！・ベース電）三 − 第３図 第４図 障壁ｔ）Ｅｑ −
スイッチ装置の構造を示す断面図とエネルギーバンドを
示す図、第２図は本実施例の電気特性図、第３図（ａ）
、（ｂ）は従来例の構造を示す断面図とエネルギーバン
ドを示す図、第４図はへテロ界面の障壁の高さと格子定
数の変化を示した図である。 １１、１３−Ｎ型Ｇａ Ａｓ ＩＩ、 １２−Ｎ型Ｇａ
Ａｓ ｍ１％１４、 ｌ５−Ａ ｎ ｘ Ｇａ １−
ｘ Ａｓ １１１２１”’エミッタ電極、２２・・・
ベース電極、２３・・・コレクタ電極代理人 森
本 義 弘 第１図 第２図 （ｘｔσＶＩＩＡ／、−９ 工５ミフ！・ベース電）三 − 第３図 第４図 障壁ｔ）Ｅｑ −
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、第２層の対向側に第１層及び第３層を有する半導体
単結晶を有し、各層は同一導電型であり、前記第１層と
第２層の間及び第３層と第２層の間に、障壁となる前記
第１層、第２層、第３層の禁止帯幅と異なる半導体結晶
の第４層、第５層を設け、前記第４層、第２層、第５層
が量子井戸となる構造で、前記第４層の障壁が前記第５
層の障壁より小さい半導体装置。 ２、第１層、第２層、第５層からなる量子井戸のエネル
ギー準位がただ一つであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の半導体装置。 ３、第１層、第２層、第３層が低抵抗のＮ型ＧａＡｓ層
であり、第４層、第５層が高抵抗のＡｌ＿ｘＧａ＿１＿
−＿ｘＡｓで、あり、前記第４層のＡｌのモル比ｘが、
前記第５層のＡｌのモル比ｘより小さいことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 ４、第１層をエミッタ領域、第２層をベース領域、第３
層をコレクタ領域とした３端子素子として用いることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60059268A JPS61216468A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60059268A JPS61216468A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61216468A true JPS61216468A (ja) | 1986-09-26 |
Family
ID=13108452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60059268A Pending JPS61216468A (ja) | 1985-03-22 | 1985-03-22 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61216468A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5027179A (en) * | 1985-12-03 | 1991-06-25 | Fujitsu Limited | Resonant-tunneling heterojunction bipolar transistor device |
-
1985
- 1985-03-22 JP JP60059268A patent/JPS61216468A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5027179A (en) * | 1985-12-03 | 1991-06-25 | Fujitsu Limited | Resonant-tunneling heterojunction bipolar transistor device |
| US5389804A (en) * | 1985-12-03 | 1995-02-14 | Fujitsu Limited | Resonant-tunneling heterojunction bipolar transistor device |
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