JPS6285464A - hot electron transistor - Google Patents

hot electron transistor

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JPS6285464A
JPS6285464A JP60223702A JP22370285A JPS6285464A JP S6285464 A JPS6285464 A JP S6285464A JP 60223702 A JP60223702 A JP 60223702A JP 22370285 A JP22370285 A JP 22370285A JP S6285464 A JPS6285464 A JP S6285464A
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JP
Japan
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layer
barrier layer
base
emitter
gaas
Prior art date
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Pending
Application number
JP60223702A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunichi Muto
俊一 武藤
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.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6285464A publication Critical patent/JPS6285464A/en
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 化合物半導体のヘテロ接合(GaAs −AlGaAs
)を形成し、G a A sのエミッタ領域よりAlG
aAsのグレーディトポテンシャル(G raded 
P o−tential )バリア層を通り抜け、ベー
スとの界面で加速されたエレクトロンを利用せるホット
エレクトロントランジスタでバリア層の構造を改良して
、特性の向上を図った。
[Detailed Description of the Invention] [Summary] Compound semiconductor heterojunction (GaAs-AlGaAs
) from the emitter region of GaAs.
Graded potential of aAs
The structure of the barrier layer was improved in a hot electron transistor that utilizes electrons that pass through the barrier layer and are accelerated at the interface with the base, thereby improving the characteristics.

〔産業上の利用分野〕[Industrial application field]

本発明は、化合物半導体の・\テロ接合を利用ゼるホッ
トエレクトロン・トランジスタ(HRTと略称する)の
改良に関する。
The present invention relates to an improvement in a hot electron transistor (abbreviated as HRT) that utilizes a telojunction of a compound semiconductor.

化合物半導体の研究が進み、その電子移動度の大きい特
徴を活かした半導体装置の開発が盛んになってきている
As research into compound semiconductors progresses, the development of semiconductor devices that take advantage of their high electron mobility is becoming more popular.

特にGaAsを用いた化合物半導体は、他にA7!を加
えた3元化合物を作り易く、そのA7!の混入比率を変
えることにより、特性の異なる半導体層を作ることが出
来るので応用の範囲が広い。
In particular, compound semiconductors using GaAs include A7! It is easy to make a ternary compound with the addition of A7! By changing the mixing ratio of , it is possible to create semiconductor layers with different characteristics, which has a wide range of applications.

加えて、MB R(Molecular Beam R
pitaxy)技術の進歩に伴って、極めて薄い、例え
ば数10人の半導体層を自由にエピタ;1−シアルに成
長さセることが可能となり、超格子時Mの利用が可能と
なり、従来技術的に製作困難と見られていた半導体装置
も、見向されて製作可能となってきている。
In addition, MBR (Molecular Beam R
With the advancement of pitaxy technology, it has become possible to freely grow an extremely thin semiconductor layer, for example, several tens of layers, in an epitaxial layer, making it possible to use superlattice M, which Semiconductor devices, which were previously considered difficult to manufacture, are now becoming possible to manufacture.

T(ETもその一つで、GaAs−AlGaAsを多層
−・テロ構造にエピタキシアル積層することによりバイ
ポーラ・トランジスタと同様の特性を示すことが知られ
ているが、その特性は実用化には未だ不充分であり、更
に改善が要望されている。
T(ET) is one of them, and it is known that it exhibits characteristics similar to bipolar transistors by epitaxially stacking GaAs-AlGaAs in a multilayered structure, but its characteristics have not yet been put into practical use. This is insufficient and further improvement is desired.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のグレーディトポテンシャル・バリア層を用いたH
F、Tの構造、及びその動作原理を以下簡単に説明する
H using conventional graded potential barrier layer
The structures of F and T and their operating principles will be briefly explained below.

第4図はその構造の断面図を示す。半絶縁性のGaAs
基板(S I−GaAs)1上にコレクタ層2、バリア
層3、ベース層4、バリア層5、エミッタ層6の順序に
積層された構造よりなっている。
FIG. 4 shows a cross-sectional view of the structure. Semi-insulating GaAs
It has a structure in which a collector layer 2, a barrier layer 3, a base layer 4, a barrier layer 5, and an emitter layer 6 are laminated in this order on a substrate (SI-GaAs) 1.

コレクタ層2、ベース層4、エミッタ層6はn型GaA
s層よりなり、バリア層3.5はノンドープA llG
aAs層により形成される。
Collector layer 2, base layer 4, and emitter layer 6 are n-type GaA
The barrier layer 3.5 is made of s-layer, and the barrier layer 3.5 is made of non-doped A llG.
It is formed by an aAs layer.

エミッタ層とベース層に挟まれたバリア層5は、グレー
ディトポテンシャル層を形成する。
The barrier layer 5 sandwiched between the emitter layer and the base layer forms a graded potential layer.

また、7はベース電極、8はエミッタ電極を示す。Further, 7 indicates a base electrode, and 8 indicates an emitter electrode.

上記構造のトランジスタの伝導帯のエネルギー準位を模
式的に第5図に示す。バリア層5で41工ネルギー準位
はエミッタ層よりベース層にかh)で徐々に直線的にト
昇する(グレーディトポテンシャル)形状を示している
FIG. 5 schematically shows the energy level of the conduction band of the transistor having the above structure. In the barrier layer 5, the energy level shows a shape in which the energy level gradually increases linearly from the emitter layer to the base layer (graded potential).

通常、AlGaAsの伝導帯のエネルギー準位CJ1A
nの混入比率により変わる。Apの混入比率が上がれば
そのポテンシャル準位tit: −IT、 Wする。
Usually, the conduction band energy level CJ1A of AlGaAs
It changes depending on the mixing ratio of n. As the mixing ratio of Ap increases, its potential level tit: -IT, W increases.

従って第5図のごときグレーディトポテンシャルを形成
するためには、M[R法によりソースのA1の蒸発を制
御しつつ成長を行うごとにより積層される。
Therefore, in order to form a graded potential as shown in FIG. 5, layers are stacked each time the growth is performed while controlling the evaporation of the source A1 by the M[R method.

混入比率Xはim常A e x G a 1− x A
 Sの形で表されるが、上記のバリア層を形成する間、
X値をベース層との界面上で0.3とし、エミッタ層と
の界面で0となるごとく順次変化させることにより得ら
れる。
The mixing ratio X is im usual A e x G a 1- x A
While forming the above barrier layer,
This is obtained by sequentially changing the X value such that it is 0.3 at the interface with the base layer and becomes 0 at the interface with the emitter layer.

上記構造のエミッタ、ベース、−ルクタの各電極に、ベ
ースを基準としてエミッタに負電圧、コレクタに正電圧
を印加すると、第5図のエネルギー準位図は第6図のご
とく変化する。
When a negative voltage is applied to the emitter and a positive voltage to the collector with reference to the base to each of the emitter, base, and negative electrodes of the above structure, the energy level diagram in FIG. 5 changes as shown in FIG. 6.

バリア層5のエネルギー準位は、エミッタ、ベース間の
バイアス電位により右上がりの傾斜は水平化され、n”
−GaAsよりなるエミッタ層の導電帯電子はバリア層
を乗り越えて、ベース層とヘテロ界面でAEC分だけ加
速されホットエレクトロンとなってベース領域に注入さ
れる。
The energy level of the barrier layer 5 is changed from an upward slope to the right by the bias potential between the emitter and the base, and becomes n''.
- The conduction band electrons of the emitter layer made of GaAs overcome the barrier layer, are accelerated by the amount of AEC at the hetero interface with the base layer, become hot electrons, and are injected into the base region.

更に、ベース領域を高速で通り抜け、コレクタ側のA 
11 G a A sよりなるバリア層3に到達する。
Furthermore, it passes through the base region at high speed and A on the collector side
The barrier layer 3 made of 11 Ga As is reached.

コレクタ側のバリア層は、X値が0.2となっているの
で、容易にバリアを越えてコレクタ領域に到達する。
Since the barrier layer on the collector side has an X value of 0.2, it easily crosses the barrier and reaches the collector region.

この電子の動作はバイポーラ・トランジスタの場合と極
めて類似していて、しかもスイッチング特性は極めて速
く、HE Tと呼ばれ高速、高周波のデバイスとして期
待されている。
This electron operation is very similar to that of a bipolar transistor, and its switching characteristics are extremely fast, so it is called a HET and is expected to be used as a high-speed, high-frequency device.

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

上記に述べた、グレーディトポテンシャル・バリア層に
よるH ET槽構造は、A1の混入比率をバリア層内で
正確にコントロールして変化させることが必要であり制
御性器j良くない。
The HET tank structure using the graded potential barrier layer described above requires accurate control and change of the mixing ratio of A1 within the barrier layer, which is not good for controlling sex organs.

また、MBR法を使用してバリア層が形成出来ても、A
7!のコントロールのためバリア層の厚さは大となり、
通常300 Å以上の厚さとなる。このため高速動作に
必要なる大電流密度が得られないという問題がある。
Furthermore, even if a barrier layer can be formed using the MBR method,
7! The thickness of the barrier layer becomes large to control the
The thickness is usually 300 Å or more. Therefore, there is a problem that a large current density necessary for high-speed operation cannot be obtained.

また、別の問題として、ベース層に供給する2次元電子
ガス供給のため、バリア層にドーピングを行う構造の場
合、光照射によるメモリ効果という好ましくない影響を
受ける。
Another problem is that in the case of a structure in which the barrier layer is doped to supply two-dimensional electron gas to the base layer, an undesirable memory effect due to light irradiation occurs.

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

上記問題点は、エミッタ、ベース間のバリア層としてグ
レーディトポテンシャル層を用いるHET構造において
、 前記グレーディドポテンシャルバリア層の構造として、
AlGaAsとG a A sの多重ヘテロ接合による
量子化ポテンシャルを用いてグレーディドボテンシャル
を形成することよりなる本発明の構造によって解決され
る。
The above problem arises in a HET structure that uses a graded potential layer as a barrier layer between the emitter and base, and the structure of the graded potential barrier layer is as follows:
This is solved by the structure of the present invention, which consists of forming graded potentials using quantized potentials from multiple heterojunctions of AlGaAs and GaAs.

〔作用〕[Effect]

AρG a A sとGaAsの多重ヘテロ接合は、G
aAs層の厚さが薄い場合には量子井戸を形成し、その
量子井戸におけるポテンシャルの基底準位は、井戸の幅
が狭い方が高くなる特性をもつ。
The multiple heterojunction of AρG a A s and GaAs is G
When the thickness of the aAs layer is thin, a quantum well is formed, and the ground level of the potential in the quantum well has a characteristic that the narrower the width of the well, the higher the potential level.

本発明では量子井戸の幅を、例えば40人と10人に選
ぶことにより階段状のポテンシャルバリアを形成するも
ので、従来の構造よりも薄いバリアを構成することが可
能となり、大きな電流密度を得ることが容易となった。
In the present invention, a step-like potential barrier is formed by selecting the width of the quantum well to be, for example, 40 and 10. This makes it possible to construct a thinner barrier than the conventional structure, and obtains a large current density. It has become easier.

〔実施例〕〔Example〕

本発明による実施例を第1図により詳細説明する。従来
の技術の項において用いた符号と同一のものは説明を省
略する。
An embodiment according to the present invention will be explained in detail with reference to FIG. Explanation of the same reference numerals as those used in the prior art section will be omitted.

従来の技術の項で説明せるバリア層5はこの第1図では
多重ヘテロ接合により構成されている。
The barrier layer 5, which will be explained in the prior art section, is constructed from multiple heterojunctions in FIG.

即ち、A I2 G a A 8層9. In、 11
の3層がノンドープGaAs層12.13を間に挾んで
、サンドイソナ状に積層されている。
That is, A I2 G a A 8 layers9. In, 11
The three layers are laminated in a sand-like manner with non-doped GaAs layers 12 and 13 sandwiched therebetween.

この時のバリア層のエネルギー準位図を第2図(alに
示す。各AI!GaAs層の厚さは、それぞれ20人で
あるが、G a A s層I2と13の厚さはそれぞれ
IOAと40人に設定される。
The energy level diagram of the barrier layer at this time is shown in FIG. and 40 people.

GaAs層12.13は超格子の附子井戸を形成し、こ
の量子井戸中でのエネルギーの基底Y11層は第2図の
一点鎖線にて示す。図より明らかに、井戸の幅の相違に
より基底単位は層12.13では高さに差を生ずる。
The GaAs layers 12 and 13 form a superlattice nested well, and the energy basis Y11 layer in this quantum well is shown by the dashed line in FIG. It is clear from the figure that the base units have different heights in layers 12 and 13 due to the difference in the width of the wells.

つまり、エミッタよりベースに向けて各量子井戸内の単
位が順次高くなるようにし、−]−記バリア層は、実質
的には第2図(11)に示すごとく、従来のグレーディ
トポテンシャルとほぼ同等の機能で動作する。
In other words, the units in each quantum well are made to become higher sequentially from the emitter to the base, and the barrier layer is substantially similar to the conventional graded potential, as shown in Figure 2 (11). Works with equivalent functionality.

上記構造のポテンシャルバリア層の厚さの合計は110
人であり、従来のグレーディトポテンシャル層の厚さ3
00 人程度に比して著しく小さくなっている。この結
果エミッタ層よりの電流密度は、従来構造より著しく改
善することが出来る。
The total thickness of the potential barrier layer in the above structure is 110
The thickness of the conventional graded potential layer is 3.
This is significantly smaller than the average of 00 people. As a result, the current density from the emitter layer can be significantly improved compared to the conventional structure.

また、別のバリア層の一実施例を第3図によって説明す
る。第2図fa+と相違する点は、G a A s層1
2にプレーナドーピング層14を設けたことと、ベース
層にノンドープGaAsを用いていることである。
Another embodiment of the barrier layer will be described with reference to FIG. The difference from Fig. 2 fa+ is that the Ga As layer 1
2, a planar doping layer 14 is provided, and non-doped GaAs is used for the base layer.

プレーナドーピングはGaAs層の成長を一時中断し、
Siを表面に照射することにより行われ、そのシート濃
度は6 XIO”cm−”に選ばれる。
Planar doping temporarily suspends the growth of the GaAs layer,
This is done by irradiating the surface with Si, and the sheet concentration is chosen to be 6 XIO"cm-".

プレーナドーピング層14は、Al!GaAs層9とノ
ンドープGaAsのベース層4との界面で2次元電子ガ
スを供給し、ベース層のキャリアとして用いるものであ
る。これによりベース層のシート抵抗として50〜10
0Ω/cm2の低抵抗が得られる。
The planar doping layer 14 is made of Al! A two-dimensional electron gas is supplied at the interface between the GaAs layer 9 and the non-doped GaAs base layer 4, and is used as a carrier for the base layer. This results in a base layer sheet resistance of 50 to 10
A low resistance of 0Ω/cm2 can be obtained.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に説明せるごとく、エミッタ、ベース間のバリア層
にAβGaAsとGaAsの多重ヘテロ接合を用いるこ
とにより、従来よりも著しく薄いグレ−ディトポテンシ
ャル・バリア層を形成することが可能となり、電流密度
の大きいII ETを製作することが出来る。
As explained above, by using multiple heterojunctions of AβGaAs and GaAs for the barrier layer between the emitter and the base, it is possible to form a graded potential barrier layer that is significantly thinner than conventional ones, allowing a high current density. II ET can be produced.

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

第1図は本発明にかかわるI(I:i、Tの構造断面図
、第2図(a)、及び(blは本発明のグLノーディI
゛ポテンシャルバリアのエネルギ一単位図、 第3図は本発明の別の実施例を説明するた狛のエネルギ
ー準位図、 第4図は従来のHE Tの構造断面図、第5図は従来構
造のIIP:Tのエネルギー中位図、第6図はその動作
時のエネルギ一単位図、を示す。 図面において、 1は半絶縁性G a A s基板、 2ばコレクタ層、 3はバリア層、 4はベース層、 5はグレーディトボテンシャルバリア層、6はエミッタ
層、 7はベース電極、 8はエミッタ電極、 9.10.11はA12GaAs層、 12、13はノンドープGaAs層、 14はプレーナドーピング層、 をそれぞれ示す。 特許出願人 工業技術院長 等々力 達第2図 F−FI     Oc’+cn    ++rCO,
−−,−− 第3!!I GaAS) 従@5HET庸1酊面図 第4図 第5図 tjJ4’?闘−T半ルキー¥fLの 第6図
FIG. 1 is a structural cross-sectional view of I (I: i, T) according to the present invention, FIG.
゛Energy unit diagram of a potential barrier. Figure 3 is an energy level diagram for explaining another embodiment of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view of a conventional HET structure. Figure 5 is a conventional structure. FIG. 6 shows the energy unit diagram of IIP:T during its operation. In the drawings, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 is a collector layer, 3 is a barrier layer, 4 is a base layer, 5 is a graded potential barrier layer, 6 is an emitter layer, 7 is a base electrode, and 8 is a base electrode. 9.10.11 is an A12GaAs layer, 12 and 13 are undoped GaAs layers, and 14 is a planar doped layer. Patent applicant: Director of the Agency of Industrial Science and Technology Tatsu Todoroki Figure 2 F-FI Oc'+cn ++rCO,
−−,−− Third! ! I GaAS) Sub @ 5 HET Yo 1 Drunken Figure 4 Figure 5 tjJ4'? Figure 6 of Fight-T Half Rookie ¥fL

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 基板(1)上に化合物半導体よりなるコレクタ層(2)
、バリア層(3)、ベース層(4)、グレーディドポテ
ンシャルバリア層(5)、エミッタ層(6)と順次積層
してなるホットエレクトロントランジスタ構造において
、前記グレーディドポテンシャルバリア層(5)の構造
として、多重ヘテロ接合により形成され、エミッタから
ベースに向けて順次高くなる多重量子化ポテンシャルを
用いたことを特徴とするホットエレクトロントランジス
タ。
Collector layer (2) made of compound semiconductor on substrate (1)
, a hot electron transistor structure in which a barrier layer (3), a base layer (4), a graded potential barrier layer (5), and an emitter layer (6) are sequentially laminated, the structure of the graded potential barrier layer (5). A hot electron transistor characterized in that it is formed by multiple heterojunctions and uses a multiple quantum potential that increases sequentially from the emitter to the base.
JP60223702A 1985-10-09 1985-10-09 hot electron transistor Pending JPS6285464A (en)

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6158268A (en) * 1984-08-30 1986-03-25 Fujitsu Ltd High speed semiconductor d4evice

Patent Citations (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6158268A (en) * 1984-08-30 1986-03-25 Fujitsu Ltd High speed semiconductor d4evice

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