JPS6233460A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPS6233460A
JPS6233460A JP60174656A JP17465685A JPS6233460A JP S6233460 A JPS6233460 A JP S6233460A JP 60174656 A JP60174656 A JP 60174656A JP 17465685 A JP17465685 A JP 17465685A JP S6233460 A JPS6233460 A JP S6233460A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
type
layer
semiconductor
hbt
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
Application number
JP60174656A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hikari Toida
樋田 光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP60174656A priority Critical patent/JPS6233460A/en
Publication of JPS6233460A publication Critical patent/JPS6233460A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the base resistance and the base width, to improve the maximum oscillating frequency and cut off frequency, and to reduce considerably the base running time and switching time, by utilizing two-dimensional carriers having high conductivity and confinement effect defined on the hetero junction interface. CONSTITUTION:By utilizing high conductivity and confinement effect in a narrow region of the two-dimensional positive hole layer 19 deined on the hetero junction interface between a second semiconductor layer 13 and a third semiconductor layer 14, for example on being applied to a HBT, the base resistance rB and the base width WB can be reduced to realize a high performance HBT. That is, since two-dimensional positive holes created in the high purity layer 13 has a reduced impurity dispersing effect, and moreover the two-dimensional freedom provided by nature reduces the dispersion, this HBT has an extremely large positive hole mobility especially at a low temperature. Thus a semiconductor device having excellent high speed and high frequency characteristic can be provided.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体へテロ接合界面における高い導伝性を
有する導伝層を用いた、特に高速性及び高周波特性に優
れた半導体装置に関するものである・ 〔従来の技術〕 近年、超高周波・超高速素子としてヘテロ接合バイポー
ラトランジスタ(以下HBTと略記する)が有望視され
ている。HBTの理論的アプローチは、H−Kr0tl
rflerによってなされ、例えばグロシーディング・
オブ噂ザ・アイトリプルイー(Proceedinga
of the IEEE)、70巻、1号°、13頁(
1982年)に要約されている。 HBTの主な特徴は
、エミッタ効率、電流利得の向上などであるが、実際の
HBTの素子構造としては依然様々である。第4図に代
表的HBTの構造を示す。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a semiconductor device that uses a conductive layer having high conductivity at a semiconductor heterojunction interface and has particularly excellent high speed and high frequency characteristics. [Background Art] In recent years, heterojunction bipolar transistors (hereinafter abbreviated as HBT) have been viewed as promising as ultra-high frequency and ultra-high speed devices. The theoretical approach of HBT is H-Kr0tl
rfrer, e.g.
Of Rumors The I Triple E (Proceedinga
of the IEEE), Volume 70, No. 1°, Page 13 (
(1982). The main features of HBTs include improved emitter efficiency and current gain, but actual HBT element structures still vary. FIG. 4 shows the structure of a typical HBT.

第4図において、例えばnpn型の場合、1o1はコレ
クタ電極、102はn型の基板例えばGcAs 。
In FIG. 4, for example, in the case of an npn type, 1o1 is a collector electrode, and 102 is an n type substrate, such as GcAs.

103はn型の第1の年導体層例えばGcAs、104
はp型の第2の半導体層例えばGaAs 、105は半
導体層104の有する電子親和力とエネルギーギャップ
との和より大きいn型の第3の半導体層例えばkl 0
,3Ga 6,7As、106はペース電極、107は
エミッタ電極である。第5図は熱平衡状態におけるエミ
ッタ電極107の直下のエネルギーバンド図を示してい
る。ここで司は伝導帯下端のエネルギー準位、EFはフ
ェルミ準位、Evは価電子帯上端のエネルギー準位を表
している。第4図に示したHBTにおいては、エミッタ
電極107からベース層104に注入される電子のほと
んどがコレクタ電極101に到達するのに対し、ベース
電極106からエミツタ層105に注入される正孔は、
ベース層104に比べ大きなエネルギーギャップを有し
たエミツタ層105による反射のために極めて少なくな
る。従って例えば工ばツタ接地時の電流増幅率hFEは
極めて大きなものとなる。
103 is an n-type first conductor layer, for example GcAs, 104
105 is a p-type second semiconductor layer, for example, GaAs, and 105 is an n-type third semiconductor layer, for example, kl 0, which has a larger electron affinity than the sum of the energy gap of the semiconductor layer 104.
, 3Ga 6,7As, 106 is a pace electrode, and 107 is an emitter electrode. FIG. 5 shows an energy band diagram directly below the emitter electrode 107 in a thermal equilibrium state. Here, TS represents the energy level at the lower end of the conduction band, EF represents the Fermi level, and Ev represents the energy level at the upper end of the valence band. In the HBT shown in FIG. 4, most of the electrons injected from the emitter electrode 107 to the base layer 104 reach the collector electrode 101, whereas the holes injected from the base electrode 106 to the emitter layer 105 reach the collector electrode 101.
It is extremely small due to reflection by the emitter layer 105, which has a larger energy gap than the base layer 104. Therefore, for example, the current amplification factor hFE when grounded to an ivy is extremely large.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかしながら、第4図に示したような従来型のHBTに
おいては例えば高性能化に重要となるベース層104の
幅町及びペース抵抗rBが相殺関係にある(即ちWnt
”小さくするとrBが増大する)ため、HBTの性能向
上を制限する欠点があった。詳細に述べるために例えば
HBTの最大発振周波数’rlllZXとスイッチング
時間τSについて考える。’m、!及びて。
However, in the conventional HBT shown in FIG.
``When rB is decreased, rB increases),'' which has the drawback of limiting the performance improvement of HBT.To discuss this in detail, consider, for example, the maximum oscillation frequency 'rllllZX and switching time τS of HBT.'m,!, and te.

については既知のように近似的に次式で与えられる。As is known, it is approximately given by the following equation.

ここでftは遮断周波数、rBはベース抵抗、Ccはコ
レクタ容量、rし及びCLは負荷抵抗及び負荷容量であ
る。また少数キャリアのベース領域走行時間で与えられ
、町はペース幅、馬は少数キャリア(この場合電子)の
拡散定数である。更にftにりいてはJl−にほぼ逆比
例する0式(1)〜(3)に注目すると、FB 、 W
B及びccの低減がHBTO高性能化に極めて重要なこ
とが分かる。ところが、町を小さくすると逆にrBが大
きくなってしまうため、先に述べたようにHBTの性能
向上に大きな制約を与えてしまう欠点を有していること
になる。またこのような欠点はnpn型のHBTだけで
なく pnp型のHBTについても共通の問題となるこ
とは明らかである。
Here, ft is the cutoff frequency, rB is the base resistance, Cc is the collector capacitance, and r and CL are the load resistance and load capacitance. It is also given by the base area transit time of minority carriers, town is the pace width, and horse is the diffusion constant of minority carriers (electrons in this case). Furthermore, if we pay attention to equations (1) to (3), which are almost inversely proportional to Jl- in terms of ft, FB, W
It can be seen that the reduction of B and cc is extremely important for improving the performance of HBTO. However, if the town is made smaller, rB becomes larger, so as mentioned earlier, this has the drawback of severely restricting the performance improvement of the HBT. Furthermore, it is clear that such drawbacks are common not only to npn-type HBTs but also to pnp-type HBTs.

本発明の目的は以上のような従来技術における欠点を除
去し、高速性及び高周波特性に極めて優れたベテロ接合
を用いたバイポーラ型の半導体装置を提供することにあ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of the prior art as described above and to provide a bipolar semiconductor device using a betero junction that has extremely excellent high speed and high frequency characteristics.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明はn型の第1の半導体層上に高純度あるいはn型
の第2の半導体層と、該第2の半導体より電子親和力と
エネルギーギャップの和が大きいp型の第3の半導体層
と、n型の第4の半導体層との積層体を備え、該積層体
の第1及び第4の半導体層とオーミック性接触した電極
をそれぞれ設&+   笛 9 乃 γに灯 リ 小来
奇首lト鵬 μ 惇髄 14牛11加1轡江を有するこ
とを特徴とする半導体装置、および、 p型の第1の半導体層と、高純度あるいはp型の第2の
半導体層と該第2の半導体より電子親和力が小さいn型
の第3の半導体層と、p型の第4の半導体層との積層体
を備え、該積層体の第1及び第4の半導体層とオーミッ
ク性接触した電極をそれぞれ設は第2及び第3の半導体
層と接触した制御電極を有することを特徴とする半導体
装置である。
The present invention includes a high purity or n-type second semiconductor layer on the n-type first semiconductor layer, and a p-type third semiconductor layer having a larger sum of electron affinity and energy gap than the second semiconductor layer. , a stacked body with an n-type fourth semiconductor layer, and electrodes in ohmic contact with the first and fourth semiconductor layers of the stacked body are provided, respectively. A semiconductor device characterized in that it has a p-type first semiconductor layer, a high purity or p-type second semiconductor layer, and a p-type first semiconductor layer, a p-type second semiconductor layer, and a p-type second semiconductor layer. A laminated body of an n-type third semiconductor layer whose electron affinity is smaller than that of the semiconductor and a p-type fourth semiconductor layer, and an electrode in ohmic contact with the first and fourth semiconductor layers of the laminated body. Each of the semiconductor devices has a control electrode in contact with the second and third semiconductor layers.

〔発明の原理・作用〕[Principle and operation of the invention]

以下、図面を参照し本発明の原理と特有の作用効果を明
らかにする。説明の都合上、特定の材料を用いることに
するが、本発明の原理に照合すれば他の材料に対しても
適用できることは明らかである。
Hereinafter, the principle and specific effects of the present invention will be explained with reference to the drawings. For convenience of explanation, a specific material will be used, but it is clear that the principles of the present invention can be applied to other materials as well.

第1図(α)は本発明の半導体装置の基本的構造の一例
を示す模式的構造断面図である。
FIG. 1(α) is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic structure of the semiconductor device of the present invention.

第1図(α)において、11は例人は高抵抗基板、12
はn型の第1の半導体1.13 *’高純度あるいはn
型の第2の半導体層、14は前記第2の半導体13より
電子親和力とエネルギーギャップの和が大きいp型の第
3の半導体層、15はn型の第4の半導体層で順に積石
形成されたものである。16は制御電極で第3の半導体
層14上に形成されている。また、17及び18はオー
ミック性電極で各々第1の半導体層12上および第4の
半導体層15上に形成しである。
In Figure 1 (α), 11 is a high resistance board, 12
is the n-type first semiconductor 1.13 *'High purity or n
14 is a p-type third semiconductor layer having a larger sum of electron affinity and energy gap than the second semiconductor 13, and 15 is an n-type fourth semiconductor layer, which are stacked in order. It is what was done. Reference numeral 16 denotes a control electrode formed on the third semiconductor layer 14. Furthermore, ohmic electrodes 17 and 18 are formed on the first semiconductor layer 12 and the fourth semiconductor layer 15, respectively.

第1図(b)!″j第1図(α)に示した本発明にかか
る構造において、熱平衡状態における電極17直下での
エネルギーバンド図の一例である。ここで、19上2次
元正孔層であり、EC,EF、Evについては第5図で
説明したものと同一である。
Figure 1 (b)! In the structure according to the present invention shown in FIG. 1 (α), this is an example of an energy band diagram directly below the electrode 17 in a state of thermal equilibrium. , Ev are the same as those explained in FIG.

本発明の基本原理は、前記第2の半導体層13と第3の
半導体層14とのへテロ接合界面に形成された前記2次
元正孔N19の高い導伝性と狭い領域内での閉じ込め効
果を利用して例えばHBTに応用した場合のガ及びWB
の低減を図り、■汀の高性能化全実現するものである6 即ち、高純度層13に形成された2次元正孔は既知。よ
うえ、特KT:純i、)散、。影響、8少ケく7るため
、更には本来有する自由度の2次元性によって散乱が少
なくなるために特に低温においては極めて大きな正孔移
動度へを有している0例えばGaAs中の正孔の場合、
室温でμh”:400cl/V ・S 77にではμh
z4000dVv・8 と飛躍的に増大する。また、こ
の2次元正孔層の正孔面密度p8は、各半導体層のキャ
リア密度及び膜厚によって変化するものの約lX10%
”の実現は可能である。更にこの2次元正孔の波動の拡
がりは約100人と極めて小さいため、即ち、正孔かへ
テロ界面の三角ポテンシャル井戸に閉じ込められている
ため、実効的ベース幅の低減に大きく寄与することが期
待される。
The basic principle of the present invention is that the two-dimensional hole N19 formed at the heterojunction interface between the second semiconductor layer 13 and the third semiconductor layer 14 has high conductivity and a confinement effect within a narrow region. For example, when applied to HBT using
In other words, the two-dimensional holes formed in the high purity layer 13 are known. Yoe, special KT: Juni,) San. For example, holes in GaAs have an extremely large hole mobility, especially at low temperatures, because scattering is reduced due to the two-dimensional nature of the inherent degree of freedom. in the case of,
μh at room temperature: 400cl/V ・μh at S 77
It increases dramatically to z4000dVv・8. In addition, the hole surface density p8 of this two-dimensional hole layer varies depending on the carrier density and film thickness of each semiconductor layer, but is about lX10%.
” is possible. Furthermore, since the wave spread of this two-dimensional hole is extremely small, about 100, in other words, the hole is confined in the triangular potential well at the hetero interface, so the effective base width is It is expected that this will greatly contribute to the reduction of

今、τ8の低減をはかるために実効的ベース幅WB−s
oo Aと薄くした場合において、ベース領域のシート
抵抗R8について考えるa ROは次式で与えられる。
Now, in order to reduce τ8, the effective base width WB-s
When the thickness is set to oo A, a RO considering the sheet resistance R8 of the base region is given by the following equation.

l RO=  (tPsμh)             
      (4)ここでtは電子の電荷量である。第
4図に示した従来構造の場合、町=500人とした時に
は卯接合による空乏層幅があるため、ベース層となる第
2の半導体層104の実効的幅は、lX10crL 程
度の7クセブタ密度(ベース層104)と5 X10”
cm’程度のドナー密度(エミツタ層105及びコレク
タ層103)を仮定した場合に約300人と考えられる
。また。
lRO= (tPsμh)
(4) Here, t is the amount of charge of the electron. In the case of the conventional structure shown in FIG. 4, when the town = 500 people, there is a depletion layer width due to the rabbit junction, so the effective width of the second semiconductor layer 104, which becomes the base layer, is a 7-cube density of about lX10crL. (base layer 104) and 5 x 10”
Assuming a donor density (emitter layer 105 and collector layer 103) on the order of cm', the number is estimated to be about 300. Also.

高いアクセプタ密度の半導体における正孔の移動度は高
純度の場合に比べ大きく低下することを考慮すると、例
えばp型のGaAsをベース層104に用いた場合μh
夕100crL’V・Sになる。従って、従来構造にお
ける&は、約20にシロ と見積られる。一方、本発明
においては室温でR2”=16にΩ10,77にでR8
〜1.6にΩ/口となり、本発明によってベース領域の
シート抵抗R0、従ってベース抵抗rBが大きく改善さ
れることは明らかである。更に従来構造でよく用いられ
た町の値(≧100OA >に比べ、町も小さくできる
ため、(3)式からτBが大幅に改善されることになる
。尚エミッタの注入効率については2次元正孔層19が
へテロ接合界面の電位障壁を感じるため閉じ込め効果が
高く、従ってほぼ理想的な1に近いものとなる。更に第
2の半導体層13は大3 、ヶQiel オあえゎ1、
・二’、’a”−、X □よいうゎた少数キャリアは加
速されτBを更に小さくできる。
Considering that the hole mobility in a semiconductor with high acceptor density is significantly lower than in the case of high purity, for example, if p-type GaAs is used for the base layer 104, μh
It will be 100 cr L'V・S in the evening. Therefore, & in the conventional structure is estimated to be about 20. On the other hand, in the present invention, when R2''=16 and Ω10,77 at room temperature, R8
It is clear that the sheet resistance R0 of the base region, and therefore the base resistance rB, is greatly improved by the present invention. Furthermore, since the town can be made smaller compared to the town value (≧100OA) that is often used in conventional structures, τB can be significantly improved from equation (3). Since the hole layer 19 senses the potential barrier at the heterojunction interface, the confinement effect is high, and therefore it is almost ideal.
・2','a''-,X □The minority carriers are accelerated and τB can be further reduced.

以上説明したように、本発明によってrB及び町が大幅
に改善されるため’mczx及びτBの両方において特
性向上が実現され、従って、高速性及び高周波特性に優
れ九手導体装置が得られることは明らかである。
As explained above, the present invention significantly improves rB and town, and therefore improves the characteristics in both 'mczx and τB. Therefore, it is possible to obtain a nine-handed conductor device with excellent high speed and high frequency characteristics. it is obvious.

以上の説明では電子が少数キャリアとなるいわゆるnp
n型について述べてきたが、本発明の原理は正孔が少数
キャリアとなるいわゆるpnp型についても同様に適用
できる。
In the above explanation, the so-called np
Although the description has been made regarding the n-type, the principles of the present invention can be similarly applied to the so-called pnp-type, in which holes serve as minority carriers.

第2図(α)は本発明によるpnp型の半導体装置の基
本的構造の一例を示す模式的構造断面図である。
FIG. 2(α) is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic structure of a pnp type semiconductor device according to the present invention.

第2図(α)において、21は例えば高抵抗基板、22
はp型の第1の半導体層、nは高純度あるいはp型の第
2の半導体層、Uは前記第2の半導体層四より電子親和
力の小さなn型の第3の半導体層、25はp型の第4の
半導体層、26は制御電極、27及び28はオーミック
性電極である。
In FIG. 2 (α), 21 is, for example, a high resistance substrate, 22
25 is a p-type first semiconductor layer, n is a high-purity or p-type second semiconductor layer, U is an n-type third semiconductor layer whose electron affinity is smaller than that of the second semiconductor layer 4, and 25 is a p-type semiconductor layer. 26 is a control electrode, and 27 and 28 are ohmic electrodes.

第2図(b)は第2図(α)に示した本2発明にかかる
構造において、熱平衡状態における電極27直下での゛
・−一・・′ エネルギーバンド図の一例である。ここで29は2次元
電子層であり、Ec 、EF 、Bvについては第1図
(b)及び第5図で説明したものと同一である。
FIG. 2(b) is an example of an energy band diagram of ゛.-1..' directly under the electrode 27 in a thermal equilibrium state in the structure according to the second invention shown in FIG. 2(α). Here, 29 is a two-dimensional electronic layer, and Ec, EF, and Bv are the same as those explained in FIG. 1(b) and FIG. 5.

本発明による半導体装置が前述したnpn型の第1の発
明によるものと原則的に同様の原理・作用及び効果を有
していることは言うまでもない。
It goes without saying that the semiconductor device according to the present invention has basically the same principles, operations, and effects as the semiconductor device according to the first invention of the npn type described above.

〔実施例〕〔Example〕

以下に本発明の実施例を示す。 Examples of the present invention are shown below.

(実施例1) 第1図(α)において、11に高抵抗GcLAs基板を
第1の半導体層12にドナー不純物密度が5 X 10
1101II”程度で膜厚約5000大のn型のkl 
oJsGα。、711As を、第2の半導体層13に
不純物密度が1×10LIlcriL3以下、膜厚約5
00人でMA80モル比Xが第1の半導体層12との界
面で0.25となり、第3の半導体層1411i1に向
かって徐々に減少し第3の半導体層14との界面で零と
なるAJXGα、−xASを、第3の半導体層14にア
クセプタ不純物密度が2X1♂53程度で膜厚約500
大のp型のAl163[有]0.7Asを、第4の半導
体層15にドナー不純物密度が5×1σ7♂程度で膜厚
約5000人のn型のM。J[有]。、、Asを、オー
ミック性電極17及び18に麺Ge/Niによる電極を
、制御電極16にAuZnによる電極を用いた。本実施
例において、熱平衡状態における電極17直下でのエネ
ルギーバンド図は第1図(b)と同じである。
(Example 1) In FIG. 1 (α), a high-resistance GcLAs substrate 11 and a donor impurity density of 5×10
An n-type kl with a film thickness of about 5000mm and about 1101II"
oJsGα. , 711As in the second semiconductor layer 13 with an impurity density of 1×10 LIlcriL3 or less and a film thickness of about 5
00 people, MA80 molar ratio X becomes 0.25 at the interface with the first semiconductor layer 12, gradually decreases toward the third semiconductor layer 1411i1, and becomes zero at the interface with the third semiconductor layer 14. , -xAS in the third semiconductor layer 14 with an acceptor impurity density of about 2×1♂53 and a film thickness of about 500 mm.
The fourth semiconductor layer 15 is made of large p-type Al163 [with] 0.7As, and is made of n-type M with a donor impurity density of about 5×1σ7♂ and a film thickness of about 5,000. J [Yes]. , As, noodle Ge/Ni electrodes were used for the ohmic electrodes 17 and 18, and an AuZn electrode was used for the control electrode 16. In this embodiment, the energy band diagram directly under the electrode 17 in a thermal equilibrium state is the same as that shown in FIG. 1(b).

本実施例において、例えばオーミック性電極17をHB
Tのエミッタ電極、オーミック性電極18をコレクタ電
極として動作させる。本実施例におけるベース抵抗r、
は従来例に比べ大幅に改善され、最高発振周波数f!1
rlGXについては従来例の約10 GHz以下に比べ
約15GHzと増大した。またτ3及びτ8についても
前述したガの減少、更には半導体層13の加速電位勾配
の為に大幅に゛改善された。
In this embodiment, for example, the ohmic electrode 17 is
The emitter electrode of T and the ohmic electrode 18 are operated as collector electrodes. The base resistance r in this example,
is significantly improved compared to the conventional example, and the maximum oscillation frequency f! 1
Regarding rlGX, the frequency increased to approximately 15 GHz compared to approximately 10 GHz or less in the conventional example. Further, τ3 and τ8 were significantly improved due to the reduction in moths mentioned above and further due to the accelerating potential gradient of the semiconductor layer 13.

尚、第1図(α)に示した本実施例における層構造の順
序を反転して、下側から高抵抗基板11、n型の第4の
半導体層15、p型の第3の半導体層14、高純度ある
いはn型の第2の半導体層13、n型の第1の半導体層
12とした構造においてもrBが前記の積層構造より若
干高くなるもののI(BT動作は可能である。また、エ
ミッタ注入効率の点で、第4の半導体層15は第3の半
導体14の有するエネルギーギャップよシ大きい方が望
ましい。
Incidentally, the order of the layer structure in this embodiment shown in FIG. 14. Even in a structure with a high-purity or n-type second semiconductor layer 13 and an n-type first semiconductor layer 12, I(BT operation is possible) although rB is slightly higher than the above-mentioned stacked structure. In terms of emitter injection efficiency, it is desirable that the fourth semiconductor layer 15 has a larger energy gap than the third semiconductor 14.

尚、本実施例においては、制御電極16にAuZnによ
るオーミック性電極を用いたが、例えばMによるショッ
トキー電極を用いることによってHBTBT動作せるこ
とも原理的に可能なことは明白である。
In this embodiment, an ohmic electrode made of AuZn was used as the control electrode 16, but it is clear that HBTBT operation is possible in principle by using a Schottky electrode made of M, for example.

(実施例2) 次に本発明の実施例2について説明する。本実施例にお
ける模式的構造断面図を第3図に示す。
(Example 2) Next, Example 2 of the present invention will be described. A schematic cross-sectional view of the structure in this example is shown in FIG.

本実施例は、ドナー不純物密度が5×1018♂程度の
QI0LAa基板32と、ドナー不純物密度が5 XI
Q” cm”程度で膜厚3000人のAA!l、JGK
Lo、7As 33と、不純物密度がI X1015c
i3以下、膜厚約500人で、AJAsのモル比XがA
l。JGα。、、As33との界面で0.3となり、そ
の上層のAll、、、Ga。、7Aa 35 側に向か
って徐々に減少し、その界面で零となる)−1,Ga1
−、AJI34と、不純物密度が1×101scIiL
3 以下で膜厚約50人のA10.3(<、7As 3
5と、アクセプタ不純物密度が3x1♂63程度で膜厚
約400人のAJ、3Gao、、As 36と、ドナー
不純物密度i11 Xl018cat3程度、膜厚的2
000^で、AlAsのモル比yがMo、3[有]。、
7A836との界面で0.5となり、その上層のGaA
s38偶に向かって徐々に減少し、界面で零となる崎G
a、−yAs 37と、ドナー不純物密度が5 X10
 ”cit”程度で膜厚的300OAのGcLAs 3
gと、積層体の下層および最上層に積層したオーミック
性電極31及び4oにAuGa/Auによる電極を、)
d16.3GcL6.7Al 36上に形成した制御電
極39にAuZnによる電極を用いる。
This example uses a QI0LAa substrate 32 with a donor impurity density of about 5×1018♂ and a QI0LAa substrate 32 with a donor impurity density of about 5
AA film thickness of 3000 people at about Q"cm"! l, J.G.K.
Lo, 7As 33 and impurity density I X1015c
i3 or less, the film thickness is about 500, and the molar ratio of AJAs is A.
l. JGα. ,,0.3 at the interface with As33, and the upper layer is All,...,Ga. , 7Aa 35 side, and becomes zero at the interface)-1,Ga1
-, AJI34 and impurity density of 1×101scIiL
A10.3 (<, 7As 3
5, acceptor impurity density is about 3x1♂63, film thickness is about 400 people, AJ, 3Gao,, As 36, donor impurity density is about i11Xl018cat3, film thickness is 2
000^, and the molar ratio y of AlAs is Mo, 3 [present]. ,
0.5 at the interface with 7A836, and the upper layer of GaA
Saki G gradually decreases toward s38 even and becomes zero at the interface.
a, -yAs 37 and donor impurity density 5 X10
GcLAs with a film thickness of 300OA at about “cit” 3
g, and AuGa/Au electrodes for the ohmic electrodes 31 and 4o laminated on the lower and uppermost layers of the laminate.)
An electrode made of AuZn is used as the control electrode 39 formed on the d16.3GcL6.7Al 36.

本実施例において、例えば40をHBTのエミッタ電極
、31をコレクタ電極として動作させた場合、fm、工
は実施例1に比べ更に向上し約18 GHzとなった。
In this example, when 40 is operated as the emitter electrode of the HBT and 31 is used as the collector electrode, fm and fm are further improved compared to Example 1 to approximately 18 GHz.

これは、いわゆるスペーサ層35の導入によって不純物
散乱を減少させ2次元正孔の移動度の増大がはかれたこ
と、ペース電極39を2コ設けたことによF) rBを
低減できたこと、及びエミッタ側の実効的ドナー不純物
密度を向上させ、しかもエミッタ電極側のベース層36
に比べ、電子親和力とエネルギーギャップの和が大きな
材料をベース層寄シのエミツタ層37に設け、エミッタ
注入効率を上げたことなどに起因する。
This is because the introduction of the so-called spacer layer 35 reduces impurity scattering and increases the two-dimensional hole mobility, and the provision of two pace electrodes 39 reduces F) rB. and improves the effective donor impurity density on the emitter side, and also improves the base layer 36 on the emitter electrode side.
This is due to the fact that the emitter layer 37 near the base layer is made of a material that has a larger sum of electron affinity and energy gap than the previous one, thereby increasing the emitter injection efficiency.

尚、本実施例においても実施例1と同様に、第3図に示
した層構造を反転した層構造においてもHBT動作が可
能であることは明らかである。
It is clear that in this embodiment as well as in the first embodiment, the HBT operation is possible even with a layer structure inverted from that shown in FIG.

(実施例3) 次にpnp型の第2の発明の1つの実施例について説明
する。
(Embodiment 3) Next, one embodiment of the second invention of the pnp type will be described.

本実施例における模式的構造断面図は第2図(、x)と
同じである6本実施例においては、21に高抵抗G(L
A8基板を、22にアクセプタ不純物密度が5×101
6crrr ”程度で膜厚約5000人のp型のMl、
JGα。、?llAl5を、′23に不純物密度が1×
101sciL3以下、膜厚500人でMhのモル比X
がM、お[有]、、As 22との界面で0.5となり
、24側に向かって徐々に減少しUとの界面で零となる
klxGα、−、Asを、冴にドナー不純物密度が2×
1O18cr!程度で膜厚500人のn型のM、、3G
a。、Asを、25にアクセプタ不純物密度が5 X 
1.017cm3程度で膜厚5oooAのp型のM。曜
≧。、6−を、オーミック性電極27及び四にAuZn
による電極を、制御電極26にAuGa/Niによる電
極を用いる0本実施例において、熱平衡状態における電
極27直下でのエネルギーバンド図は第2図(b)と同
じである。
The schematic cross-sectional view of the structure in this example is the same as that in FIG. 2 (, x).
A8 substrate, acceptor impurity density is 5×101 in 22
P-type Ml with a film thickness of about 5,000 people at about 6 crrr'',
JGα. ,? llAl5, the impurity density is 1× at '23
101sciL3 or less, film thickness 500 people, molar ratio of Mh
The donor impurity density becomes 0.5 at the interface with M, O, As, 22, gradually decreases toward the 24 side, and becomes zero at the interface with U. 2×
1O18cr! N-type M, 3G with a film thickness of about 500 people
a. , As, the acceptor impurity density is 5X at 25
A p-type M with a film thickness of about 1.017cm3 and 5oooA. Day ≧. , 6-, the ohmic electrodes 27 and 4 are made of AuZn.
In this embodiment, an electrode made of AuGa/Ni is used as the control electrode 26, and the energy band diagram directly under the electrode 27 in a thermal equilibrium state is the same as that shown in FIG. 2(b).

本実施例Q HBTに応用した場合、ペース抵抗r。Example Q When applied to HBT, pace resistance r.

を担う2次元電子層29の移動度及び面密度が非常に大
きいため、第1の発明の場合と同様に大幅なrB及び九
の軽減が可能になり、従ってffn、工、f、の向上及
びτ8の低減が実現できる。
Since the mobility and areal density of the two-dimensional electron layer 29, which is responsible for A reduction in τ8 can be achieved.

尚、本発明にお込ても第1の発明(npn型)の場合と
同様に第3図に示した構造と原則的に類似した構造を実
現できる。また、第2図(α)に示した層構造の順序を
反転した構造でも■ぼ動作が可能になる。更にエミッタ
注入効率向上のためには、第4の半導体層25は第3の
半導体層の有するエネルギーギャップより大きい方が望
ましい、また、制御電極26はショットキー電極でもH
BT動作は可能である。
Incidentally, in the present invention, a structure similar in principle to the structure shown in FIG. 3 can be realized as in the case of the first invention (npn type). Furthermore, even with a structure in which the order of the layer structure shown in FIG. 2 (α) is reversed, the operation can be performed. Furthermore, in order to improve the emitter injection efficiency, it is preferable that the fourth semiconductor layer 25 has a larger energy gap than the third semiconductor layer, and the control electrode 26 may be a Schottky electrode or H
BT operation is possible.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように本発明によれば、ヘテロ接合界面に形成さ
れた高い導伝性及び閉じ込め効果を有した2次元キャリ
アを用いることにより、ペース抵抗とベース幅を低減で
き、従って最高発振周波数及び遮断周波数の向上、更に
はペース走行時間及びスイッチング時間の大幅な低減な
ど多大な長所を有した超高周波・超高速素子を実現でき
る効果を有するものである。
As described above, according to the present invention, by using a two-dimensional carrier having high conductivity and a confinement effect formed at the heterojunction interface, the pace resistance and base width can be reduced, thereby increasing the maximum oscillation frequency and cutoff. This has the effect of realizing an ultra-high frequency/ultra-high speed element that has great advantages such as an improvement in frequency and a significant reduction in pace running time and switching time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図(α)は本発明の半導体装置の基本的構造の一例
を示す模式的断面図、第1図(b)はそのエネルギーバ
ンド図、第2図(α)は本発明の他の例を示す模式的断
面図、第2図(b)はそのエネルギーバンド図、第3図
はさらに他の例を示す模式的断面図、第4図は従来の半
導体装置の一例の構造を示す模式的断面図、第5図はそ
のエネルギーバンド図である。 11及び21・・・高抵抗基板、12・・・n型の第1
の半導体層、22・・・p型の第1の半導体層、13・
・・高純度又はn型の第2の半導体層、23・・・高純
度又はp型の第2の半導体層、14・・・p型の第3の
半導体層、24・・・n型の第3の半導体層、15・・
・n型の第4の半導体層、5・・・p型の第4の半導体
層、16及び26・・・制御電極、17,18.27及
び邸・・・オーミック性電極、19・・・2次元正孔層
、29・・・2次元電子層第1図(α) 漉1図(b) 第2図(α) 第3図 第5図
FIG. 1(α) is a schematic cross-sectional view showing an example of the basic structure of the semiconductor device of the present invention, FIG. 1(b) is its energy band diagram, and FIG. 2(α) is another example of the present invention. FIG. 2(b) is a schematic cross-sectional view showing the energy band diagram, FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of an example of a conventional semiconductor device. The cross-sectional view, FIG. 5, is its energy band diagram. 11 and 21... High resistance substrate, 12... N-type first
semiconductor layer, 22...p-type first semiconductor layer, 13.
...High purity or n-type second semiconductor layer, 23...High purity or p-type second semiconductor layer, 14...p-type third semiconductor layer, 24...n-type Third semiconductor layer, 15...
- N-type fourth semiconductor layer, 5... P-type fourth semiconductor layer, 16 and 26... Control electrodes, 17, 18, 27 and housing... Ohmic electrode, 19... 2-dimensional hole layer, 29...2-dimensional electron layer Fig. 1 (α) Fig. 1 (b) Fig. 2 (α) Fig. 3 Fig. 5

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)n型の第1の半導体層と、高純度あるいはn型の
第2の半導体層と、該第2の半導体より電子親和力とエ
ネルギーギャップとの和が大きいp型の第3の半導体層
と、n型の第4の半導体層との積層体を備え、該積層体
の第1及び第4の半導体層とオーミック性接触した電極
をそれぞれ設け、第2及び第3の半導体層と接触した制
御電極を有することを特徴とする半導体装置。
(1) An n-type first semiconductor layer, a high-purity or n-type second semiconductor layer, and a p-type third semiconductor layer that has a larger sum of electron affinity and energy gap than the second semiconductor. and an n-type fourth semiconductor layer, each having an electrode in ohmic contact with the first and fourth semiconductor layers of the stack, and in contact with the second and third semiconductor layer. A semiconductor device characterized by having a control electrode.
(2)p型の第1の半導体層と、高純度あるいはp型の
第2の半導体層と該第2の半導体より電子親和力が小さ
いn型の第3の半導体層と、p型の第4の半導体層との
積層体を備え、該積層体の第1及び第4の半導体層とオ
ーミック性接触した電極をそれぞれ設け、第2及び第3
の半導体層と接触した制御電極を有することを特徴とす
る半導体装置。
(2) a p-type first semiconductor layer, a high-purity or p-type second semiconductor layer, an n-type third semiconductor layer whose electron affinity is smaller than that of the second semiconductor, and a p-type fourth semiconductor layer. a laminate with semiconductor layers of the laminate, electrodes in ohmic contact with the first and fourth semiconductor layers of the laminate, respectively, and second and third semiconductor layers.
A semiconductor device comprising a control electrode in contact with a semiconductor layer.
JP60174656A 1985-08-07 1985-08-07 Semiconductor device Pending JPS6233460A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60174656A JPS6233460A (en) 1985-08-07 1985-08-07 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60174656A JPS6233460A (en) 1985-08-07 1985-08-07 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS6233460A true JPS6233460A (en) 1987-02-13

Family

ID=15982400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60174656A Pending JPS6233460A (en) 1985-08-07 1985-08-07 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS6233460A (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58100456A (en) * 1981-12-10 1983-06-15 Agency Of Ind Science & Technol ultra high speed transistor
JPS6010775A (en) * 1983-06-30 1985-01-19 Fujitsu Ltd Hetero-junction type bipolar semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58100456A (en) * 1981-12-10 1983-06-15 Agency Of Ind Science & Technol ultra high speed transistor
JPS6010775A (en) * 1983-06-30 1985-01-19 Fujitsu Ltd Hetero-junction type bipolar semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5943097B2 (en) semiconductor device
US6806512B2 (en) InPSb/InAs BJT device and method of making
JP6133392B2 (en) Bipolar transistor
WO1998050961A1 (en) Heterojunction bipolar transistor having heterostructure ballasting emitter
US7009225B2 (en) Heterojunction bipolar transistor with a base layer that contains bismuth
US7462892B2 (en) Semiconductor device
US4825265A (en) Transistor
US8159048B2 (en) Bipolar junction transistor geometry
JP2004207583A (en) Semiconductor device
JP2001345328A (en) Semiconductor device and semiconductor integrated circuit
JPS6010775A (en) Hetero-junction type bipolar semiconductor device
US5798539A (en) Bipolar transistor for very high frequencies
JPS6233460A (en) Semiconductor device
US6459103B1 (en) Negative-differential-resistance heterojunction bipolar transistor with topee-shaped current-voltage characteristics
JPS6233461A (en) Semiconductor device
JP2002270616A (en) Gain-enhanced heterojunction bipolar transistor using thin gallium arsenide antimony layer as a base and method of manufacturing the same
JP5410856B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
JP2800299B2 (en) Heterostructure semiconductor device
JPS6233462A (en) Semiconductor device
Strite et al. AlGaAs/Ge/GaAs heterojunction bipolar transistors grown by molecular beam epitaxy
JP2007128989A (en) Heterojunction bipolar transistor
JPS6242451A (en) Heterojunction bipolar semiconductor device
JP2825325B2 (en) Heterojunction bipolar transistor
JPH0297026A (en) Hetero-bipolar transistor
Seabury et al. Base recombination of high performance InGaAs/InP HBT's