JPS6236861A - 高速半導体装置 - Google Patents
高速半導体装置Info
- Publication number
- JPS6236861A JPS6236861A JP60174994A JP17499485A JPS6236861A JP S6236861 A JPS6236861 A JP S6236861A JP 60174994 A JP60174994 A JP 60174994A JP 17499485 A JP17499485 A JP 17499485A JP S6236861 A JPS6236861 A JP S6236861A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- compound semiconductor
- electrons
- base layer
- holes
- 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
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-
- 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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- 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】
〔概要〕
本発明は、高速半導体装置に於いて、化合物半導体エミ
ッタ層からの電子或いは正孔でガス層が生成される化合
物半導体ベース層と、該化合物半導体ベース層とのへテ
ロ界面近傍にポテンシャル・バリヤが生成されバイアス
電圧印加時に伝導帯或いは価電子帯を上昇或いは下降さ
せて電子或いは正孔を前記化合物半導体ベース層に注入
する化合物半導体エミッタ層とを備えてなる構成とする
ことに依り、確実に動作して高性能を発揮することがで
き、しかも、現今のＭＢＥ技術で容易に製造することが
できるようにしたものである。
ッタ層からの電子或いは正孔でガス層が生成される化合
物半導体ベース層と、該化合物半導体ベース層とのへテ
ロ界面近傍にポテンシャル・バリヤが生成されバイアス
電圧印加時に伝導帯或いは価電子帯を上昇或いは下降さ
せて電子或いは正孔を前記化合物半導体ベース層に注入
する化合物半導体エミッタ層とを備えてなる構成とする
ことに依り、確実に動作して高性能を発揮することがで
き、しかも、現今のＭＢＥ技術で容易に製造することが
できるようにしたものである。
本発明は、ホット・エレクトロン・トランジスタ（ｈｏ
ｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｈ
ＥＴ）と呼ばれる高速半導体装置の改良に関する。
ｔ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｈ
ＥＴ）と呼ばれる高速半導体装置の改良に関する。
第４図は従来のＡ、 （ｌ Ｇ ａ Ａ ｓ ／ Ｇ
ａ Ａ ｓ系ヘテ口接合ＨＥＴの動作を説明する為のエ
ネルギ・ノ〈ノド・ダイヤグラムを表している。
ａ Ａ ｓ系ヘテ口接合ＨＥＴの動作を説明する為のエ
ネルギ・ノ〈ノド・ダイヤグラムを表している。
図に於いて、１はｎ型ＧａＡｓエミ・ツタ層、２はノン
・ドープのＡｊ！ＧａＡｓエミッタ側ポテンシャル・バ
リヤ層、３はｎ型ＧａＡｓベース層、４はノン・ドープ
のＡｌ１ＧａＡｓコレクタ側ポテンシャル・バリヤ層、
５はｎ型ＧａＡｓコレクタ層、Ｅ□はエミッタに於ける
擬似フェルミ・レベル、ＥＦｌｌはベースに於ける擬似
フェルミ・レベル、Ｅｌ−９はコレクタに於ける擬似フ
ェルミ・レベル、ｅはＡｌ１ＧａＡｓエミッタ側ポテン
シャル・ツマリヤ層２をトンネリングしたホ・ノド・エ
レクトロン、ΔＥｃはＡＩ！ＧａＡｓとＧａＡｓの伝導
帯エネルギ差をそれぞれ示している。
・ドープのＡｊ！ＧａＡｓエミッタ側ポテンシャル・バ
リヤ層、３はｎ型ＧａＡｓベース層、４はノン・ドープ
のＡｌ１ＧａＡｓコレクタ側ポテンシャル・バリヤ層、
５はｎ型ＧａＡｓコレクタ層、Ｅ□はエミッタに於ける
擬似フェルミ・レベル、ＥＦｌｌはベースに於ける擬似
フェルミ・レベル、Ｅｌ−９はコレクタに於ける擬似フ
ェルミ・レベル、ｅはＡｌ１ＧａＡｓエミッタ側ポテン
シャル・ツマリヤ層２をトンネリングしたホ・ノド・エ
レクトロン、ΔＥｃはＡＩ！ＧａＡｓとＧａＡｓの伝導
帯エネルギ差をそれぞれ示している。
このようなＨＥＴでは、コレクタ層５とエミ・ツタ層１
間にバイアス電圧を印加した状態で、図示の極性、即ち
、ベース層３に（→−）の、また、エミッタ層１に（−
）の電圧が印加されるとエミッタ側ポテンシャル・バリ
ヤ層２の傾斜が大きくなり、その結果、バリヤに薄い部
分が発生し、エミッタ層ｌから注入されるエレクトロン
は記号ｅで示しであるようにエミッタ側ポテンシャル・
バリヤ層２をトンネリングしてベース層３に注入され、
そこでエレクトロンｅが持つポテンシャル・エネルギが
運動エネルギに変換され、高速のホット・エレクトロン
になって散乱を受けることなくコレクタ側ポテンシャル
・バリヤ層４を越えてコレクタ層５に注入されるもので
ある。
間にバイアス電圧を印加した状態で、図示の極性、即ち
、ベース層３に（→−）の、また、エミッタ層１に（−
）の電圧が印加されるとエミッタ側ポテンシャル・バリ
ヤ層２の傾斜が大きくなり、その結果、バリヤに薄い部
分が発生し、エミッタ層ｌから注入されるエレクトロン
は記号ｅで示しであるようにエミッタ側ポテンシャル・
バリヤ層２をトンネリングしてベース層３に注入され、
そこでエレクトロンｅが持つポテンシャル・エネルギが
運動エネルギに変換され、高速のホット・エレクトロン
になって散乱を受けることなくコレクタ側ポテンシャル
・バリヤ層４を越えてコレクタ層５に注入されるもので
ある。
第４図に関して説明した従来例に於いては、トンネル・
バリヤであるエミッタ側ポテンシャル・バリヤ層２をエ
レクトロンがトンネリングする確率はバリヤの厚さと高
さに大きく依存し、且つ、微妙である為、トンネル電流
の制御は然程簡単ではない。
バリヤであるエミッタ側ポテンシャル・バリヤ層２をエ
レクトロンがトンネリングする確率はバリヤの厚さと高
さに大きく依存し、且つ、微妙である為、トンネル電流
の制御は然程簡単ではない。
また、トンネル電流密度を上昇させるには、ベースに高
い電圧を印加しなければならないが、そのようにすると
、注入されたエレクトロンの運動エネルギが増大し、イ
ンター・バレー（ｉｎｔｅｒ ｖａｌｌｅｙ）散乱を
受は易くなり、コレクタへの到達率が低下してしまう。
い電圧を印加しなければならないが、そのようにすると
、注入されたエレクトロンの運動エネルギが増大し、イ
ンター・バレー（ｉｎｔｅｒ ｖａｌｌｅｙ）散乱を
受は易くなり、コレクタへの到達率が低下してしまう。
本゛発明は、現在のＭＢＥ技術を適用することで容易に
製造することが可能な高速半導体装置を提供する。
製造することが可能な高速半導体装置を提供する。
エネルギ・バンド・ギャップが化合物半導体エミッタ層
（例えばｎ型ＡＡ！ｏ、ｓ Ｇａｏ、ｓ Ａｓエミッタ
層１４）に比較して狭く且つ電子或いは正孔親和力が該
化合物半導体エミッタ層に比較して大きいことに起因し
て該化合物半導体エミッタ層から遷移した電子或いは正
孔でガス層（例えば電子ガス層２０）が生成される化合
物半導体ベース層（例えばｎ型ＧａＡｓベース層１３）
と、該化合物半導体ベース層に接して形成され電子或い
は正札を該化合物半導体ベース層に遷移させたことに依
って残留する正電荷或いは負電荷の作用でヘテロ界面近
傍にポテンシャル・バリヤが生成されバイアス電圧印加
時に伝導帯の底（例えばＥＣ）或いは価電子帯の頂く例
えばＥＶ）を上昇或いは下降させて電子或いは正孔を前
記化合物半導体ベース層に注入する化合物半導体エミ・
ツタ層とを備えてなる構成になっている。
（例えばｎ型ＡＡ！ｏ、ｓ Ｇａｏ、ｓ Ａｓエミッタ
層１４）に比較して狭く且つ電子或いは正孔親和力が該
化合物半導体エミッタ層に比較して大きいことに起因し
て該化合物半導体エミッタ層から遷移した電子或いは正
孔でガス層（例えば電子ガス層２０）が生成される化合
物半導体ベース層（例えばｎ型ＧａＡｓベース層１３）
と、該化合物半導体ベース層に接して形成され電子或い
は正札を該化合物半導体ベース層に遷移させたことに依
って残留する正電荷或いは負電荷の作用でヘテロ界面近
傍にポテンシャル・バリヤが生成されバイアス電圧印加
時に伝導帯の底（例えばＥＣ）或いは価電子帯の頂く例
えばＥＶ）を上昇或いは下降させて電子或いは正孔を前
記化合物半導体ベース層に注入する化合物半導体エミ・
ツタ層とを備えてなる構成になっている。
前記構成に依ると、高性能を引き出す為の一要因である
半導体装置内の電位分布の生成は、ヘテロ接合の急峻性
とドナー或いはアクセプタのドーピング量に依存するこ
ととなり、これ等は現在のＭＢＢ技術に依って充分に制
御された状態で実現することができる。
半導体装置内の電位分布の生成は、ヘテロ接合の急峻性
とドナー或いはアクセプタのドーピング量に依存するこ
ととなり、これ等は現在のＭＢＢ技術に依って充分に制
御された状態で実現することができる。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図を表している
。
。
図に於いて、１１はｎ型ＱａＡｓ基板、１２はノン・ド
ープＡ Ｉｔ ｏ、ｓ Ｇ ８６．７ Ａ ３アイソレ
一シヨン層、１３はｎ型ＧａＡｓベース層、１４はｎ型
Ａｊ！ｏ、ｓ Ｇａ６，５ Ａｓエミッタ層、１５はエ
ミッタ電極、１６はベース電極、１７はコレクタ電極を
それぞれ表している。
ープＡ Ｉｔ ｏ、ｓ Ｇ ８６．７ Ａ ３アイソレ
一シヨン層、１３はｎ型ＧａＡｓベース層、１４はｎ型
Ａｊ！ｏ、ｓ Ｇａ６，５ Ａｓエミッタ層、１５はエ
ミッタ電極、１６はベース電極、１７はコレクタ電極を
それぞれ表している。
本実施例に於いて、アイソレーシヨン層１２は基板１１
とベースＮ１３とを分離する役目を果たし、その厚さは
約１５００ Ｃ人〕程度である。また、ベース層１３
の厚さは約５００ ｃ人〕程度である。更にまた、エミ
ッタ層１４は厚さ約１５００ 〔人〕程度である。各電
極は、金（Ａｕ） ・ゲルマニウム（Ｇｅ）／Ａｕを
材料とし、ベース電極１６の厚さは約２００６人）／２
０００（人〕程度である。
とベースＮ１３とを分離する役目を果たし、その厚さは
約１５００ Ｃ人〕程度である。また、ベース層１３
の厚さは約５００ ｃ人〕程度である。更にまた、エミ
ッタ層１４は厚さ約１５００ 〔人〕程度である。各電
極は、金（Ａｕ） ・ゲルマニウム（Ｇｅ）／Ａｕを
材料とし、ベース電極１６の厚さは約２００６人）／２
０００（人〕程度である。
第２図は第１図について説明した半導体装置の熱平衡状
態に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第
１図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或い
は同じ意味を持つものとする。
態に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第
１図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表すか或い
は同じ意味を持つものとする。
図に於いて、２０は電子ガス層、ＥＣは伝導帯の底、Ｅ
Ｖは価電子帯の頂、ＥＢＩ、ＥＢ２．ＥＢ３ばエネルギ
・バンド・ギヤ・ノブをそれぞれ示している。尚、本実
施例に於いては、 ＥＢｌ、＝２（ｅＶ） ＥＢ２＝１．４５ （ｅＶ） ＥＢ３−１．８ （ｅＶ） になっている。
Ｖは価電子帯の頂、ＥＢＩ、ＥＢ２．ＥＢ３ばエネルギ
・バンド・ギヤ・ノブをそれぞれ示している。尚、本実
施例に於いては、 ＥＢｌ、＝２（ｅＶ） ＥＢ２＝１．４５ （ｅＶ） ＥＢ３−１．８ （ｅＶ） になっている。
第３図は第１図について説明した半導体装置の動作状態
に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１
図及び第２図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。
に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１
図及び第２図に於いて用いた記号と同記号は同部分を表
すか或いは同じ意味を持つものとする。
第２図及び第３図を参照しつつ第１図に見られる半導体
装置の動作を説明する。
装置の動作を説明する。
第１図に見られるようにｎ型Ａｆｆｉｏ、５ Ｇａ０．
５ＡＳ工ミツタ層１４とｎ型ＧａＡｓベース層１３とを
積層すると、ベース層１３に於ける電子親和力はエミッ
タ層に於けるそれと比較して大である為、第２図に見ら
れるように、エミッタ層１４に於ける電子はベース層１
３に遷移して電子ガス層２０を生成し、そして、エミッ
タ層１４とベース層１３との界面にはエミッタ層１４に
残っている正電荷の作用でポテンシャル・バリヤが生成
される。そこで、第３図に見られるように、ベース層１
３を（＋）、エミッタ層１４を（−）の極性にしてバイ
アス電圧を印加して動作状態にすると、エミッタ層１４
に於ける伝導帯の底ＥＣが高くなり、エミッタ層１４か
らの電子はエミッタ層１４とベース１１３との界面に於
いてエミッタ層１４側に生成されたポテンシャル・バリ
ヤを容易に越え、或いは、トンネリングしてベース層１
３に注入され、そこでホン１〜・エレクトロンとなって
ベース層１３及びアイソレーション層１２を通過してコ
レクタ層１１に到達する。
５ＡＳ工ミツタ層１４とｎ型ＧａＡｓベース層１３とを
積層すると、ベース層１３に於ける電子親和力はエミッ
タ層に於けるそれと比較して大である為、第２図に見ら
れるように、エミッタ層１４に於ける電子はベース層１
３に遷移して電子ガス層２０を生成し、そして、エミッ
タ層１４とベース層１３との界面にはエミッタ層１４に
残っている正電荷の作用でポテンシャル・バリヤが生成
される。そこで、第３図に見られるように、ベース層１
３を（＋）、エミッタ層１４を（−）の極性にしてバイ
アス電圧を印加して動作状態にすると、エミッタ層１４
に於ける伝導帯の底ＥＣが高くなり、エミッタ層１４か
らの電子はエミッタ層１４とベース１１３との界面に於
いてエミッタ層１４側に生成されたポテンシャル・バリ
ヤを容易に越え、或いは、トンネリングしてベース層１
３に注入され、そこでホン１〜・エレクトロンとなって
ベース層１３及びアイソレーション層１２を通過してコ
レクタ層１１に到達する。
以上説明した半導体装置内に於ける電位分布はヘテロ接
合に於ける急峻性とドナーのドーピング量にのみ依存す
るので、現今のＭＢＥ技術の適用で充分な制御性をもっ
て対処することができる。
合に於ける急峻性とドナーのドーピング量にのみ依存す
るので、現今のＭＢＥ技術の適用で充分な制御性をもっ
て対処することができる。
ところで、前記実施例に於いては、不純物をドナーとし
、電子の動きを利用する半導体装置について説明したが
、不純物をアクセプタとし、正孔の動きを利用する半導
体装置にも本発明を実施することができる。その場合は
、ｎ型の半導体層はすべてｐ型の半導体層となり、第２
図及び第３図に見られるエネルギ・ハンド・ダイヤグラ
ムは全て逆転したものとなることは勿論である。
、電子の動きを利用する半導体装置について説明したが
、不純物をアクセプタとし、正孔の動きを利用する半導
体装置にも本発明を実施することができる。その場合は
、ｎ型の半導体層はすべてｐ型の半導体層となり、第２
図及び第３図に見られるエネルギ・ハンド・ダイヤグラ
ムは全て逆転したものとなることは勿論である。
本発明に依る高速半導体装置では、エネルギ・バンド・
ギャップが化合物半導体エミッタ層に比較して狭く且つ
電子或いは正札親和力が該化合物半導体エミッタ層に比
較して大きいことに起因して該化合物半導体エミッタ層
から遷移した電子或いは正孔でガス層が生成される化合
物半導体ベース層と、該化合物半導体ベース層に接して
形成され電子或いは正孔を該化合物半導体ベース層に遷
移させたことに依って残留する正電荷或いは負電荷の作
用でヘテロ界面近傍にポテンシャル・バリヤが生成され
バイアス電圧印加時に伝導帯の底或いは価電子帯の頂を
上昇或いは下降させて電子或いは正孔を前記化合物半導
体ベース層に注入する化合物半導体エミッタ層とを備え
てなる構成を採っている。
ギャップが化合物半導体エミッタ層に比較して狭く且つ
電子或いは正札親和力が該化合物半導体エミッタ層に比
較して大きいことに起因して該化合物半導体エミッタ層
から遷移した電子或いは正孔でガス層が生成される化合
物半導体ベース層と、該化合物半導体ベース層に接して
形成され電子或いは正孔を該化合物半導体ベース層に遷
移させたことに依って残留する正電荷或いは負電荷の作
用でヘテロ界面近傍にポテンシャル・バリヤが生成され
バイアス電圧印加時に伝導帯の底或いは価電子帯の頂を
上昇或いは下降させて電子或いは正孔を前記化合物半導
体ベース層に注入する化合物半導体エミッタ層とを備え
てなる構成を採っている。
この構成に依ると、例えば第２図及び第３図に見られる
ような電位分布を生成する為に必要とされるのは、ヘテ
ロ接合の急峻性とドナーのドーピング量の如何のみであ
って、そのようなことは、現在のＭＢＥ技術に依り、充
分に制御された状態で実現することが可能である。従っ
て、本発明の半導体装置を製造するには何等の困難もな
く、そして、得られた半導体装置はＨＥＴとして本来の
高速性をもって確実に動作する。
ような電位分布を生成する為に必要とされるのは、ヘテ
ロ接合の急峻性とドナーのドーピング量の如何のみであ
って、そのようなことは、現在のＭＢＥ技術に依り、充
分に制御された状態で実現することが可能である。従っ
て、本発明の半導体装置を製造するには何等の困難もな
く、そして、得られた半導体装置はＨＥＴとして本来の
高速性をもって確実に動作する。
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図、第２図は第
１図について説明される実施例の熱平衡状態に於けるエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラム、第３図は同じく動作状
態に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第４図は
従来のＨＥＴに於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラム
をそれぞれ表している。 図に於いて、１１はｎ型ＧａＡｓ基板、１２はノン・ド
ープＡＮｏ、ｓ Ｇａ（、、Ａｓアイソレーション層、
１３はｎ型ＧａＡｓベース層、１４はｎ型Ａｊ！ｏ、ｓ
Ｇａｏ、ｓ ＡｓＩミッタ層、１５はエミッタ電極、
１６はベース電極、１７はコレクタ電極、２０は電子ガ
ス層をそれぞれ示している。 一実施例の要部切断側面図 第１図 熱平衡状態に於けるエネルギ・バンド・り゛イヤグラム
第２図 動作状態に於けるエネルギ・ハント・ダイヤグラム第３
図
１図について説明される実施例の熱平衡状態に於けるエ
ネルギ・バンド・ダイヤグラム、第３図は同じく動作状
態に於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第４図は
従来のＨＥＴに於けるエネルギ・バンド・ダイヤグラム
をそれぞれ表している。 図に於いて、１１はｎ型ＧａＡｓ基板、１２はノン・ド
ープＡＮｏ、ｓ Ｇａ（、、Ａｓアイソレーション層、
１３はｎ型ＧａＡｓベース層、１４はｎ型Ａｊ！ｏ、ｓ
Ｇａｏ、ｓ ＡｓＩミッタ層、１５はエミッタ電極、
１６はベース電極、１７はコレクタ電極、２０は電子ガ
ス層をそれぞれ示している。 一実施例の要部切断側面図 第１図 熱平衡状態に於けるエネルギ・バンド・り゛イヤグラム
第２図 動作状態に於けるエネルギ・ハント・ダイヤグラム第３
図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 エネルギ・バンド・ギャップが化合物半導体エミッタ層
に比較して狭く且つ電子或いは正孔親和力が該化合物半
導体エミッタ層に比較して大きいことに起因して該化合
物半導体エミッタ層から遷移した電子或いは正孔でガス
層が生成される化合物半導体ベース層と、 該化合物半導体ベース層に接して形成され電子或いは正
孔を該化合物半導体ベース層に遷移させたことに依って
残留する正電荷或いは負電荷の作用でヘテロ界面近傍に
ポテンシャル・バリヤが生成されバイアス電圧印加時に
伝導帯の底或いは価電子帯の頂を上昇或いは下降させて
電子或いは正孔を前記化合物半導体ベース層に注入する
化合物半導体エミッタ層と 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 |
|---|---|---|---|
| JP60174994A JPS6236861A (ja) | 1985-08-10 | 1985-08-10 | 高速半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60174994A JPS6236861A (ja) | 1985-08-10 | 1985-08-10 | 高速半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6236861A true JPS6236861A (ja) | 1987-02-17 |
Family
ID=15988359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60174994A Pending JPS6236861A (ja) | 1985-08-10 | 1985-08-10 | 高速半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6236861A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6025615A (en) * | 1992-03-23 | 2000-02-15 | Texas Instruments Incorporated | Microwave heterojunction bipolar transistors with emitters designed for high power applications and method for fabricating same |
-
1985
- 1985-08-10 JP JP60174994A patent/JPS6236861A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6025615A (en) * | 1992-03-23 | 2000-02-15 | Texas Instruments Incorporated | Microwave heterojunction bipolar transistors with emitters designed for high power applications and method for fabricating same |
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