JP2000106370A - Bipolar transistor having negative resistance - Google Patents

Bipolar transistor having negative resistance

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JP2000106370A JP11191318A JP19131899A JP2000106370A JP 2000106370 A JP2000106370 A JP 2000106370A JP 11191318 A JP11191318 A JP 11191318A JP 19131899 A JP19131899 A JP 19131899A JP 2000106370 A JP2000106370 A JP 2000106370A
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collector layer
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region
bipolar transistor
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Akito Nakamura
陽登 中村
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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
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    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
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    • H01L29/737Hetero-junction transistors
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a transistor exhibiting a large negative resistance under room temperature. SOLUTION: A transistor 100 has an emitter region 10, a base region 20 and a collector region 50. The collector region 50 has first and second collector layers 30, 40. The first collector layer 30 is heavily doped so that electrons in the collector region 50 migrate to the base region 20 through tunnel effect under room temperature. The first collector layer 30 is provided contiguously to the base region 20. The second collector layer 40 is provided contiguously to the first collector layer 30 and doped lighter than the first collector layer. According to the structure, the transistor 100 exhibits a large negative resistance under room temperature.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラトラン
ジスタに関し、特に、高周波特性を改善して、さらに室
温で高い負性抵抗を得ることができるバイポーラトラン
ジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bipolar transistor, and more particularly to a bipolar transistor having improved high-frequency characteristics and capable of obtaining a high negative resistance at room temperature.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ICの多機能化および高性能化を
図るために、トンネル効果を利用したトランジスタの研
究が盛んに行われている。このようなトランジスタの電
圧電流特性においては、トンネル効果に由来した負性抵
抗により、非線形な特性が得られる。トランジスタが負
性抵抗を有するとき、ある負荷を与えると、電圧電流特
性曲線において複数の安定点が得られるようになる。そ
の特性を利用することによって、半導体ICにおいて、
論理回路または分周期などの素子数を減らすことが可能
となる。
2. Description of the Related Art In order to attain multifunctionality and high performance of semiconductor ICs, research on transistors utilizing a tunnel effect has been actively conducted. In the voltage-current characteristics of such a transistor, non-linear characteristics can be obtained due to the negative resistance derived from the tunnel effect. When the transistor has a negative resistance and a certain load is applied, a plurality of stable points can be obtained in the voltage-current characteristic curve. By utilizing these characteristics, in semiconductor ICs,
It is possible to reduce the number of elements such as a logic circuit or a dividing cycle.

【0003】負性抵抗を得るための構成として、従来
は、通常のトランジスタにトンネルダイオードを付加し
た構造がとられていた。Bell研究所のCapasso等は、ヘ
テロジャンクションバイポーラトランジスタと共鳴トン
ネルダイオードを直列に接続したトランジスタ構造を提
案した。このトランジスタ構造においては、共鳴トンネ
ルダイオードがトランジスタのエミッタ領域に結合され
ているので、エミッタからコレクタまでの全体の素子長
が長くなる。
Conventionally, as a configuration for obtaining a negative resistance, a structure in which a tunnel diode is added to a normal transistor has been adopted. Bell Labs' Capasso et al. Proposed a transistor structure in which a heterojunction bipolar transistor and a resonant tunneling diode were connected in series. In this transistor structure, since the resonant tunneling diode is coupled to the emitter region of the transistor, the overall element length from the emitter to the collector increases.

【0004】また、エミッタとコレクタに、ベースより
もバンドギャップの大きな材料を使ったダブルヘテロジ
ャンクションバイポーラトランジスタがある。このトラ
ンジスタ構造は、室温においては通常の動作をするが、
低温において、具体的には77K程度の温度において、
負性抵抗が生じることが知られている。
There is also a double heterojunction bipolar transistor in which the emitter and the collector use a material having a larger band gap than the base. This transistor structure operates normally at room temperature,
At low temperatures, specifically at temperatures around 77K,
It is known that negative resistance occurs.

【0005】また、バイポーラトランジスタではない
が、トンネル効果を利用したトランジスタ構造として、
高電子移動度トランジスタ(HEMT)と共鳴トンネル
ダイオードを直列に接続したトランジスタ構造も提案さ
れている。
[0005] Although not a bipolar transistor, a transistor structure utilizing a tunnel effect is
A transistor structure in which a high electron mobility transistor (HEMT) and a resonant tunneling diode are connected in series has also been proposed.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】トランジスタは、寄生
抵抗を有する。この寄生抵抗は、トランジスタの高周波
特性に悪影響を与えるので、可能な限り小さくされるの
が望ましい。また、素子長が長いと、電子がエミッタを
出発してからコレクタに到達するまでの電子走行時間が
長くなるので、高周波特性が低下する。従って、優れた
高周波特性を得るためには、素子長および寄生抵抗を可
能な限り小さくすることが必要である。
The transistor has a parasitic resistance. Since this parasitic resistance adversely affects the high-frequency characteristics of the transistor, it is desirable that the parasitic resistance be as small as possible. In addition, when the element length is long, the electron transit time from the time when the electron leaves the emitter to the time when the electron reaches the collector becomes longer, so that the high-frequency characteristics deteriorate. Therefore, in order to obtain excellent high-frequency characteristics, it is necessary to reduce the element length and the parasitic resistance as much as possible.

【0007】また、低温でしか負性抵抗を示さないトラ
ンジスタは、実際に半導体ICに組み込まれたときに、
室温で負性抵抗を示すことができないので、負性抵抗素
子としての実用価値に乏しい。そのため、優れた高周波
特性を有し、室温で大きな負性抵抗を得ることができる
トランジスタの開発が、当該技術分野において望まれて
いる。
Further, a transistor which exhibits a negative resistance only at a low temperature, when actually incorporated in a semiconductor IC,
Since it cannot exhibit negative resistance at room temperature, it has little practical value as a negative resistance element. Therefore, the development of a transistor having excellent high-frequency characteristics and capable of obtaining a large negative resistance at room temperature has been desired in the technical field.

【0008】Capasso等により提案された従来のトラン
ジスタ構造、すなわち、ヘテロジャンクションバイポー
ラトランジスタと共鳴トンネルダイオードを直列に接続
したトランジスタ構造は、上記観点から、高周波特性が
優れているとはいえない。なぜならば、このトランジス
タ構造はエミッタ領域に共鳴トンネルダイオードを直列
に付加した構造であるので、その分、素子長が大きくな
り、更には、トランジスタ構造全体としての寄生抵抗
が、共鳴トンネルダイオード中の寄生抵抗の分、増大す
るからである。そのため、このトランジスタ構造は、負
性抵抗を得ることはできるが、その代わりに高周波特性
を劣化させる欠点を有する。
The conventional transistor structure proposed by Capasso et al., That is, a transistor structure in which a heterojunction bipolar transistor and a resonant tunneling diode are connected in series, cannot be said to have excellent high-frequency characteristics from the above viewpoint. This is because the transistor structure has a structure in which a resonant tunneling diode is added in series to the emitter region, so that the element length is correspondingly increased, and furthermore, the parasitic resistance of the entire transistor structure is reduced by the parasitic resistance in the resonant tunneling diode. This is because the resistance increases due to the resistance. Therefore, this transistor structure can obtain a negative resistance, but has a disadvantage of deteriorating high-frequency characteristics instead.

【0009】また、従来のダブルヘテロジャンクション
バイポーラトランジスタ構造は、低温(77K)で負性
抵抗を得ることができる。しかし、このトランジスタ
は、低温でしか負性抵抗を示さないので、現実に負性抵
抗特性を期待して回路に組み込むことには無理がある。
かかるトランジスタを回路に組み込む場合に、温度制御
は困難又はほぼ不可能であり、実用化は困難であるとい
える。
Further, the conventional double heterojunction bipolar transistor structure can obtain negative resistance at a low temperature (77 K). However, since this transistor exhibits negative resistance only at a low temperature, it is impossible to actually incorporate it into a circuit in expectation of negative resistance characteristics.
When such a transistor is incorporated in a circuit, temperature control is difficult or almost impossible, and it can be said that practical use is difficult.

【0010】そこで、本発明は、上記課題を解決するこ
とのできる、室温で大きな負性抵抗を得ることができ、
更には優れた高周波特性を有するバイポーラトランジス
タを提供することを目的とする。この目的は特許請求の
範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達
成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を
規定する。
Therefore, the present invention can obtain a large negative resistance at room temperature, which can solve the above problems,
It is another object of the present invention to provide a bipolar transistor having excellent high-frequency characteristics. This object is achieved by a combination of features described in the independent claims. The dependent claims define further advantageous embodiments of the present invention.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の形態は、エミッタ領域、前記エミッ
タ領域に隣接するベース領域、及び前記ベース領域に隣
接するコレクタ領域を有するバイポーラトランジスタで
あって、前記コレクタ領域が、前記コレクタ領域の電子
がトンネル効果により前記ベース領域に移動するよう
に、高い濃度にドーピングされた第1コレクタ層を有す
ることを特徴とするバイポーラトランジスタを提供す
る。このバイポーラトランジスタは、第1コレクタ層の
ドーピング濃度を高く設定することによって、トンネル
効果を生じさせることが可能となる。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a bipolar transistor having an emitter region, a base region adjacent to the emitter region, and a collector region adjacent to the base region. A bipolar transistor, wherein the collector region includes a first collector layer that is heavily doped so that electrons in the collector region move to the base region by a tunnel effect. . In this bipolar transistor, a tunnel effect can be generated by setting the doping concentration of the first collector layer high.

【0012】第1の形態の一つの態様において、前記第
1コレクタ層は、前記バイポーラトランジスタが室温で
負性抵抗を示す程度に、高濃度にドーピングされている
ことを特徴とする。第1コレクタ層のドーピング濃度を
高く設定することにより、バイポーラトランジスタが、
トンネル効果による大きな負性抵抗を得ることが可能と
なる。
In one embodiment of the first mode, the first collector layer is highly doped so that the bipolar transistor exhibits a negative resistance at room temperature. By setting the doping concentration of the first collector layer high, the bipolar transistor
A large negative resistance due to the tunnel effect can be obtained.

【0013】第1の形態の別の態様において、前記第1
コレクタ層は、前記ベース領域に隣接して設けられてい
る。
In another aspect of the first aspect, the first aspect
The collector layer is provided adjacent to the base region.

【0014】第1の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層は、前記第1コレクタ層に隣接する前記
ベース領域の層のバンドギャップよりも広いバンドギャ
ップを有してもよい。
[0014] In still another mode of the first mode, the first collector layer may have a band gap wider than a band gap of a layer of the base region adjacent to the first collector layer.

【0015】第1の形態の更に別の態様において、前記
ベース領域が、GaAsで構成される層を有し、前記第1コ
レクタ層が、InGaPで構成されてもよい。
In still another aspect of the first aspect, the base region may include a layer made of GaAs, and the first collector layer may be made of InGaP.

【0016】第1の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層は、前記第1コレクタ層に隣接する前記
ベース領域の層と同一の半導体材料で形成されてもよ
い。
In still another aspect of the first aspect, the first collector layer may be formed of the same semiconductor material as a layer of the base region adjacent to the first collector layer.

【0017】第1の形態の更に別の態様において、前記
ベース領域が、GaAsで構成される層を有し、前記第1コ
レクタ層が、GaAsで構成されてもよい。
In still another aspect of the first aspect, the base region may have a layer made of GaAs, and the first collector layer may be made of GaAs.

【0018】第1の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層のドーピング濃度が、1×1018cm-3以上
に設定されるのが好ましい。
In still another embodiment of the first embodiment, it is preferable that the doping concentration of the first collector layer is set to 1 × 10 18 cm −3 or more.

【0019】第1の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層のドーピング濃度が、5×1018cm-3以上
に設定されるのが好ましい。
In still another embodiment of the first aspect, it is preferable that the doping concentration of the first collector layer is set to 5 × 10 18 cm −3 or more.

【0020】第1の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層の厚さが、40nm以上に形成されるのが好
ましい。
[0020] In still another embodiment of the first mode, it is preferable that the thickness of the first collector layer is formed to be 40 nm or more.

【0021】第1の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層の厚さが、ほぼ50nmに形成されてもよ
い。
[0021] In still another embodiment of the first mode, the thickness of the first collector layer may be formed to be approximately 50 nm.

【0022】第1の形態の更に別の態様において、前記
エミッタ領域が、前記エミッタ領域に隣接する前記ベー
ス領域の層のバンドギャップよりも広いバンドギャップ
を有する層を含んでもよい。
[0022] In still another aspect of the first aspect, the emitter region may include a layer having a band gap wider than a band gap of a layer of the base region adjacent to the emitter region.

【0023】第1の形態の更に別の態様において、前記
エミッタ領域の前記層が、InGaPで構成され、前記エミ
ッタ領域に隣接する前記ベース領域の前記層が、GaAsで
構成されてもよい。
In still another aspect of the first aspect, the layer of the emitter region may be made of InGaP, and the layer of the base region adjacent to the emitter region may be made of GaAs.

【0024】第1の形態の更に別の態様において、前記
コレクタ領域が、前記第1コレクタ層に隣接し、且つ前
記第1コレクタ層のドーピング濃度よりも低いドーピン
グ濃度を有する第2コレクタ層を含んでもよい。
[0024] In still another aspect of the first aspect, the collector region includes a second collector layer adjacent to the first collector layer and having a lower doping concentration than the doping concentration of the first collector layer. May be.

【0025】第1の形態の更に別の態様において、前記
第2コレクタ層が、GaAsで構成されてもよい。
[0025] In still another aspect of the first aspect, the second collector layer may be made of GaAs.

【0026】また、本発明の第2の形態は、本発明によ
るバイポーラトランジスタを回路素子として含む半導体
ICを提供する。半導体ICに組み込まれるバイポーラ
トランジスタは、エミッタ領域、前記エミッタ領域に隣
接するベース領域、及び前記ベース領域に隣接するコレ
クタ領域を有し、前記コレクタ領域が、前記コレクタ領
域の電子がトンネル効果により前記ベース領域に移動す
るように、高い濃度にドーピングされた第1コレクタ層
を有することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor IC including the bipolar transistor according to the present invention as a circuit element. A bipolar transistor incorporated in a semiconductor IC has an emitter region, a base region adjacent to the emitter region, and a collector region adjacent to the base region. It has a first collector layer that is heavily doped to move to the region.

【0027】第2の形態の一つの態様において、前記第
1コレクタ層は、前記バイポーラトランジスタが室温で
負性抵抗を示す程度に、高濃度にドーピングされている
ことを特徴とする。第2の形態による半導体ICは、室
温で負性抵抗を示すバイポーラトランジスタを有するこ
とが可能となる。
[0027] In one embodiment of the second mode, the first collector layer is heavily doped so that the bipolar transistor exhibits a negative resistance at room temperature. The semiconductor IC according to the second embodiment can include a bipolar transistor that exhibits negative resistance at room temperature.

【0028】第2の形態の別の態様において、前記第1
コレクタ層は、前記ベース領域に隣接して設けられてい
る。
In another aspect of the second aspect, the first aspect
The collector layer is provided adjacent to the base region.

【0029】第2の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層は、前記第1コレクタ層に隣接する前記
ベース領域の層のバンドギャップよりも広いバンドギャ
ップを有してもよい。
[0029] In still another mode of the second mode, the first collector layer may have a band gap wider than a band gap of a layer of the base region adjacent to the first collector layer.

【0030】第2の形態の更に別の態様において、前記
第1コレクタ層は、前記第1コレクタ層に隣接する前記
ベース領域の層と同一の半導体材料で形成されてもよ
い。
[0030] In still another aspect of the second mode, the first collector layer may be formed of the same semiconductor material as a layer of the base region adjacent to the first collector layer.

【0031】なお上記の発明の概要は、本発明の必要な
特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群の
サブコンビネーションも又発明となりうる。
The above summary of the present invention does not enumerate all the necessary features of the present invention, and sub-combinations of these features can also constitute the present invention.

【0032】[0032]

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態を通じて
本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲
にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中
で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決
手段に必須であるとは限らない。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the present invention. However, the following embodiments do not limit the invention according to the claims, and are described in the embodiments. Not all combinations of features are essential to the solution of the invention.

【0033】図1は、本発明の第1の実施の形態である
トランジスタ100の基本的な構造を示す。第1の実施
形態におけるトランジスタ100は、エミッタ領域1
0、ベース領域20およびコレクタ領域50を有する。
コレクタ領域50は、第1コレクタ層30と第2コレク
タ層40を有する。この実施の形態では、高周波特性を
向上させるために、バイポーラトランジスタ100はn
pn型に構成されている。
FIG. 1 shows a basic structure of a transistor 100 according to a first embodiment of the present invention. The transistor 100 according to the first embodiment includes an emitter region 1
0, a base region 20 and a collector region 50.
The collector region 50 has a first collector layer 30 and a second collector layer 40. In this embodiment, the bipolar transistor 100 has n
It is configured as a pn type.

【0034】エミッタ領域10は、InGaPで構成され、
n型不純物がドーピング濃度1×1018cm-3でドープされ
ている。ベース領域20は、GaAsで構成され、p型不純
物がドーピング濃度5×1019 cm-3でドープされている。
第1コレクタ層30は、InGaPで構成され、n型不純物
がドーピング濃度1×1018cm-3でドープされている。本
発明において、第1コレクタ層30は、室温でコレクタ
領域50の電子がトンネル効果によりベース領域20に
移動するように、高い濃度にドーピングされている。こ
こで、室温とは、部屋内の温度を意味し、通常は、1〜
35℃の範囲の温度を差す。第1コレクタ層30は、ベ
ース領域20に隣接して設けられている。第2コレクタ
層40は、GaAsで構成され、n型不純物がドーピング濃
度3×1016cm-3でドープされている。第2コレクタ層4
0は、第1コレクタ層30に隣接し、且つ第1コレクタ
層のドーピング濃度よりも低いドーピング濃度を有して
いる。
The emitter region 10 is made of InGaP,
An n-type impurity is doped at a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 . The base region 20 is made of GaAs, and is doped with a p-type impurity at a doping concentration of 5 × 10 19 cm −3 .
The first collector layer 30 is made of InGaP, and is doped with an n-type impurity at a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 . In the present invention, the first collector layer 30 is highly doped so that electrons in the collector region 50 move to the base region 20 by a tunnel effect at room temperature. Here, the room temperature means the temperature in the room, and usually 1 to
A temperature in the range of 35 ° C is applied. The first collector layer 30 is provided adjacent to the base region 20. The second collector layer 40 is made of GaAs, and is doped with an n-type impurity at a doping concentration of 3 × 10 16 cm −3 . Second collector layer 4
0 is adjacent to the first collector layer 30 and has a lower doping concentration than that of the first collector layer.

【0035】エミッタ領域10および第1コレクタ層3
0の材料InGaPのバンドギャップは、ベース領域20の
材料GaAsのバンドギャップよりも広い。図1に示される
ように、このトランジスタ100は、エミッタ接地され
る。ベース・エミッタ間のpn接合は、順方向にバイア
スされており、ベース・コレクタ間のpn接合は、逆方
向にバイアスされている。
Emitter region 10 and first collector layer 3
The band gap of the material InGaP of 0 is wider than the band gap of the material GaAs of the base region 20. As shown in FIG. 1, this transistor 100 is grounded at the emitter. The pn junction between the base and the emitter is forward biased, and the pn junction between the base and the collector is reverse biased.

【0036】図2は、第1の実施の形態におけるトラン
ジスタ100のバンド図を示す。バンドギャップの広い
n型半導体と、バンドギャップの狭いp型半導体とを接
合すると、接合界面において、電子親和力の差から、伝
導帯底に段差が生ずる。まず、エミッタ・ベース間の接
合について考えると、本実施の形態においては、エミッ
タ領域10とベース領域20の間をヘテロ接合するとき
に生じる段差ΔEcを電子の発射台として利用すること
によって、電子流を加速させることができる。電子がベ
ース領域20を素早く通り抜けることにより、ベース領
域20中にあるホールと再結合して失われる電子の数を
減少させることができる。また、ベース領域20にある
ホールについてみてみると、ベース領域20からエミッ
タ領域10へのホールの動きが段差ΔEcによって妨げ
られるので、エミッタ領域10に流れ込んで消滅するホ
ールの数を減少させることができる。このように、エミ
ッタ領域10とベース領域20の間をヘテロ接合するこ
とによって、ベース・エミッタ間の界面で消失する電子
およびホールの数を減少させることができる。そのた
め、より大きなコレクタ電流が得られるようになり、電
流利得が大きくなる。
FIG. 2 is a band diagram of the transistor 100 according to the first embodiment. When an n-type semiconductor having a wide band gap and a p-type semiconductor having a narrow band gap are joined, a step occurs at the bottom of the conduction band due to a difference in electron affinity at the junction interface. First, considering the junction between the emitter and the base, in the present embodiment, a step ΔEc generated at the time of heterojunction between the emitter region 10 and the base region 20 is used as an electron launching table, so that the electron flow is reduced. Can be accelerated. The quick passage of electrons through the base region 20 can reduce the number of electrons that recombine with holes in the base region 20 and are lost. Further, regarding the holes in the base region 20, since the movement of the holes from the base region 20 to the emitter region 10 is hindered by the step ΔEc, the number of holes flowing into the emitter region 10 and disappearing can be reduced. . As described above, by hetero-junction between the emitter region 10 and the base region 20, the number of electrons and holes that disappear at the interface between the base and the emitter can be reduced. Therefore, a larger collector current can be obtained, and the current gain increases.

【0037】また、トランジスタ100の電流利得は、
周波数により変化する。トランジスタ100の利得が無
くなる限界周波数である電流利得遮断周波数ftは、電
子の速度の関数として表され、電子の速度が速ければ、
ftは向上することになる。エミッタ領域10とベース
領域20の間をヘテロ接合すると、電子の速度が速くな
るので、ftも向上することになる。
The current gain of the transistor 100 is
Varies with frequency. The current gain cutoff frequency ft, which is the limit frequency at which the gain of the transistor 100 is lost, is expressed as a function of the speed of electrons.
ft will improve. When a heterojunction is formed between the emitter region 10 and the base region 20, the speed of electrons is increased, so that ft is also improved.

【0038】次に、ベース・コレクタ間の接合について
考える。第1コレクタ層30の材料InGaPのバンドギャ
ップは、ベース領域20の材料GaAsのバンドギャップよ
りも広い。また、第1コレクタ層30のドーピング濃度
は、第2コレクタ層40のドーピング濃度よりも高い。
ベース領域20および第1コレクタ層30のドーピング
濃度を高くすることによって、バンド図における第1コ
レクタ層30の厚さは、非常に狭くなる。第1コレクタ
層30のドーピング濃度は、1×1018cm-3以上であるこ
とが望ましい。また、コレクタ・エミッタ間の電圧を増
加すると、図2のバンド図において、第2コレクタ層4
0の準位は、次第に下方に移動していく。それに伴い、
第1コレクタ層30の厚さも薄くなっていく。ベース領
域20との接触界面に存在する第1コレクタ層30の厚
さが薄くなっていくと、電子が、第1コレクタ層30を
通り抜けて、ベース領域20の価電子帯に移動するよう
になる。この効果のことを、トンネル効果と呼ぶ。
Next, the junction between the base and the collector will be considered. The band gap of the material InGaP of the first collector layer 30 is wider than the band gap of the material GaAs of the base region 20. The doping concentration of the first collector layer 30 is higher than the doping concentration of the second collector layer 40.
By increasing the doping concentration of the base region 20 and the first collector layer 30, the thickness of the first collector layer 30 in the band diagram becomes very narrow. The doping concentration of the first collector layer 30 is desirably 1 × 10 18 cm −3 or more. When the voltage between the collector and the emitter is increased, the second collector layer 4 in the band diagram of FIG.
The level of 0 gradually moves downward. with this,
The thickness of the first collector layer 30 also decreases. As the thickness of the first collector layer 30 existing at the contact interface with the base region 20 decreases, electrons pass through the first collector layer 30 and move to the valence band of the base region 20. . This effect is called a tunnel effect.

【0039】図3は、電子が第1コレクタ層30を通り
抜けるトンネル効果を説明するためのバンド図である。
図中、横方向の点線で示されるレベルは、各層のフェル
ミ準位を示す。
FIG. 3 is a band diagram for explaining a tunnel effect in which electrons pass through the first collector layer 30.
In the drawing, the level indicated by the horizontal dotted line indicates the Fermi level of each layer.

【0040】図3(a)は、ベース領域20−コレクタ
領域50の接合であるpn接合間に電圧Vpをかけたと
きのバンドの状態を示す。このとき、電子は、伝導帯
を、ベース領域20からコレクタ領域50に移動する。
FIG. 3A shows a state of a band when a voltage Vp is applied between a pn junction which is a junction between the base region 20 and the collector region 50. At this time, the electrons move from the base region 20 to the collector region 50 in the conduction band.

【0041】図3(b)は、ベース領域20−コレクタ
領域50の接合間に電圧Vvを加えたときのバンドの状
態を示す。図3(a)を参照して、VvはVpより大き
い(Vv>Vp)。電圧をVvに設定すると、バンド図
において、第1コレクタ層30の厚さが非常に狭くな
る。そのため、電子が、第1コレクタ層30を通り抜け
て、ベース領域20にトンネリングする。そのため、図
3(b)に示されるバンド状態においては、電圧電流特
性が線形性を失い、負性抵抗が生じている。
FIG. 3B shows a band state when a voltage Vv is applied between the junction between the base region 20 and the collector region 50. Referring to FIG. 3A, Vv is larger than Vp (Vv> Vp). When the voltage is set to Vv, the thickness of the first collector layer 30 becomes very narrow in the band diagram. As a result, the electrons pass through the first collector layer 30 and tunnel to the base region 20. Therefore, in the band state shown in FIG. 3B, the voltage-current characteristics lose linearity, and negative resistance occurs.

【0042】図3(c)は、ベース領域20−コレクタ
領域50の接合間に加える電圧を更に大きくしたときの
バンドの状態を示す。この例において、pn接合間に電
圧Vpp(>Vv)が加えられている。図3(c)に示
されるバンド状態においては、ベース領域20中の電子
がコレクタ領域50に移動するときに、原子と衝突して
電子を叩き出し、更に叩き出された電子が他の原子と衝
突して電子を叩き出す現象が生じ、多量の電子がコレク
タ領域50に流れ込む。この現象を、電子なだれ降伏と
よぶ。電子なだれ降伏によりコレクタ領域50に流れ込
む電子量が、トンネル効果によりコレクタ領域50から
失われる電子量よりも多いので、全体としてコレクタ領
域50に供給される電子量は増加する。
FIG. 3C shows the state of the band when the voltage applied between the junction between the base region 20 and the collector region 50 is further increased. In this example, a voltage Vpp (> Vv) is applied between the pn junctions. In the band state shown in FIG. 3C, when the electrons in the base region 20 move to the collector region 50, they collide with the atoms and strike out the electrons, and the struck out electrons collide with other atoms. A phenomenon occurs in which the electrons collide and knock out electrons, and a large amount of electrons flow into the collector region 50. This phenomenon is called electron avalanche breakdown. Since the amount of electrons flowing into the collector region 50 due to the avalanche breakdown is larger than the amount of electrons lost from the collector region 50 due to the tunnel effect, the amount of electrons supplied to the collector region 50 as a whole increases.

【0043】図4は、図3に示されたトンネル効果を生
じさせる構造を半導体で作ったときの電圧電流特性であ
る。図4中、状態a、b及びcは、図3(a)、(b)
及び(c)のそれぞれにおいて示された状態を示す。電
圧0からVpの間、電流は単調に増加しており、電圧電
流特性は線形性を有する。状態aにおいて、電流は、ピ
ーク電流Ipに達する。電圧VpからVvの間、電圧の
増加に応じて、電流が減少し、負性抵抗が生じている。
この現象は、第2コレクタ層40に存在する電子がベー
ス領域20に逆注入されて、ベース領域20中の正孔と
再結合するトンネル効果による。電圧がVvに到達する
まで、コレクタ電流は減少し続ける。電圧がVvを越え
ると、電子なだれ降伏により第2コレクタ層40に注入
される電子量が再度増加し、コレクタ電流は再度増加す
る。
FIG. 4 shows voltage-current characteristics when the structure for producing the tunnel effect shown in FIG. 3 is made of a semiconductor. In FIG. 4, states a, b, and c correspond to FIGS. 3 (a), (b)
And (c) show the states shown. Between voltage 0 and Vp, the current monotonously increases, and the voltage-current characteristics have linearity. In state a, the current reaches the peak current Ip. Between the voltages Vp and Vv, the current decreases as the voltage increases, and negative resistance occurs.
This phenomenon is due to a tunnel effect in which electrons existing in the second collector layer 40 are injected back into the base region 20 and recombine with holes in the base region 20. Until the voltage reaches Vv, the collector current continues to decrease. When the voltage exceeds Vv, the amount of electrons injected into the second collector layer 40 due to the avalanche breakdown increases again, and the collector current increases again.

【0044】この電圧電流特性曲線に一本の負荷線60
を引いた場合、複数の交点(すなわち、安定点)が生じ
る。安定点が複数あることを利用して、例えば、論理回
路または分周期などの素子数を減らすことが可能とな
る。
One load line 60 is shown in this voltage-current characteristic curve.
, A plurality of intersections (ie, stable points) occur. Utilizing the fact that there are a plurality of stable points, it is possible to reduce the number of elements such as a logic circuit or a divided cycle.

【0045】図5は、本発明の第2の実施の形態である
トランジスタ100の基本的な構造を示す。第1の実施
形態におけるトランジスタ100は、エミッタ領域1
0、ベース領域20およびコレクタ領域50を有する。
コレクタ領域50は、第1コレクタ層30と第2コレク
タ層40を有する。この実施の形態では、高周波特性を
向上させるために、バイポーラトランジスタ100はn
pn型に構成されている。
FIG. 5 shows a basic structure of a transistor 100 according to a second embodiment of the present invention. The transistor 100 according to the first embodiment includes an emitter region 1
0, a base region 20 and a collector region 50.
The collector region 50 has a first collector layer 30 and a second collector layer 40. In this embodiment, the bipolar transistor 100 has n
It is configured as a pn type.

【0046】エミッタ領域10は、InGaPで構成され、
n型不純物がドーピング濃度1×1018cm-3でドープされ
ている。ベース領域20は、GaAsで構成され、p型不純
物がドーピング濃度5×1019 cm-3でドープされている。
第1コレクタ層30は、GaAsで構成され、n型不純物が
ドーピング濃度1×1018cm-3でドープされている。本発
明において、第1コレクタ層30は、室温でコレクタ領
域50の電子がトンネル効果によりベース領域20に移
動する程度に、高い濃度にドーピングされている。第1
コレクタ層30は、ベース領域20に隣接して設けられ
ている。第2コレクタ層40は、GaAsで構成され、n型
不純物がドーピング濃度3×1016cm-3でドープされてい
る。第2コレクタ層40は、第1コレクタ層30に隣接
し、且つ第1コレクタ層のドーピング濃度よりも低いド
ーピング濃度を有している。図1に示されるように、こ
のトランジスタ100は、エミッタ接地され、ベース・
エミッタ間のpn接合は、順方向にバイアスされてお
り、ベース・コレクタ間のpn接合は、逆方向にバイア
スされている。
The emitter region 10 is made of InGaP,
An n-type impurity is doped at a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 . The base region 20 is made of GaAs, and is doped with a p-type impurity at a doping concentration of 5 × 10 19 cm −3 .
The first collector layer 30 is made of GaAs, and is doped with an n-type impurity at a doping concentration of 1 × 10 18 cm −3 . In the present invention, the first collector layer 30 is doped at a high concentration such that electrons in the collector region 50 move to the base region 20 by a tunnel effect at room temperature. First
The collector layer 30 is provided adjacent to the base region 20. The second collector layer 40 is made of GaAs, and is doped with an n-type impurity at a doping concentration of 3 × 10 16 cm −3 . The second collector layer 40 is adjacent to the first collector layer 30 and has a lower doping concentration than the first collector layer. As shown in FIG. 1, this transistor 100 has an emitter grounded,
The pn junction between the emitters is forward biased, and the pn junction between the base and collector is reverse biased.

【0047】図1に示された第1の実施形態におけるト
ランジスタ100と比較すると、第2の実施形態におい
て、第1コレクタ層30が、ベース領域20と同一の半
導体材料で形成されている。しかし、第2の実施形態に
おける第1コレクタ層30においては、第1の実施形態
と同様に、n型不純物が高濃度にドーピングされてい
る。
As compared with the transistor 100 according to the first embodiment shown in FIG. 1, in the second embodiment, the first collector layer 30 is formed of the same semiconductor material as the base region 20. However, the first collector layer 30 in the second embodiment is heavily doped with n-type impurities, as in the first embodiment.

【0048】ベース領域20と第1コレクタ層30を同
一材料で構成したトランジスタ100においても、図3
に関連して説明したトンネル効果および電子なだれ降伏
が生じる。図4に示されるように、電圧電流特性に負性
抵抗を生じさせるためには、第1コレクタ層30のドー
ピング濃度を、高濃度に設定すればよい。ベース領域2
0と第1コレクタ層30とがホモ接合を形成する場合、
負性抵抗を得るために、ドーピング濃度を1×1018cm-3
以上に設定することが望ましく、さらに、5×10 18cm-3
以上に設定することが望ましい。
The base region 20 and the first collector layer 30 are
In the transistor 100 formed of one material, FIG.
Effect and avalanche breakdown described in relation to
Occurs. As shown in FIG. 4, the voltage-current characteristics are negative.
In order to generate resistance, the first collector
The ping density may be set to a high density. Base area 2
0 and the first collector layer 30 form a homojunction,
Doping concentration is 1 × 10 to obtain negative resistance18cm-3
It is desirable to set the above, and furthermore, 5 × 10 18cm-3
It is desirable to set above.

【0049】図6は、本発明の第1の実施形態の構造を
組み込んで試作された、トランジスタ100の一つの実
施例を示す。このトランジスタ100は、GaAsにより構
成される基板を有する。このトランジスタ100におい
て、エミッタ領域10は、n型GaAs層(厚さ250nm,ドー
ピング濃度5×1018cm-3)及びn型InGaP層(厚さ100nm,ド
ーピング濃度1×1018cm-3)を含む。また、ベース領域2
0は、p型GaAs層(厚さ50nm,ドーピング濃度5×1019cm
-3)を含み、コレクタ領域50は、n型InGaP層(厚さ50n
m,ドーピング濃度1×1018cm-3)、n型GaAs層(厚さ250n
m,ドーピング濃度3×1016cm-3)及びn型GaAs層(厚さ500
nm,ドーピング濃度1×1019cm-3)を含む。図1を参照し
て、第1コレクタ層30が、コレクタ領域50における
n型InGaP層に相当し、第2コレクタ層40が、n型GaAs
層に相当する。別の実施例においては、トランジスタ
が、図示される層以外の層を含んでもよい。
FIG. 6 shows one example of the transistor 100 which is prototyped by incorporating the structure of the first embodiment of the present invention. The transistor 100 has a substrate made of GaAs. In this transistor 100, the emitter region 10 includes an n-type GaAs layer (thickness 250 nm, doping concentration 5 × 10 18 cm −3 ) and an n-type InGaP layer (thickness 100 nm, doping concentration 1 × 10 18 cm −3 ). Including. Also, base region 2
0 is a p-type GaAs layer (thickness 50 nm, doping concentration 5 × 10 19 cm)
-3 ), and the collector region 50 has an n-type InGaP layer (thickness: 50 n).
m, doping concentration 1 × 10 18 cm -3 ), n-type GaAs layer (thickness 250n
m, doping concentration 3 × 10 16 cm -3 ) and n-type GaAs layer (thickness 500
nm, doping concentration of 1 × 10 19 cm −3 ). Referring to FIG. 1, first collector layer 30 is formed in collector region 50.
The second collector layer 40 corresponds to an n-type GaAs layer.
Corresponds to a layer. In another embodiment, the transistor may include layers other than those shown.

【0050】コレクタ領域50におけるn型InGaP層のド
ーピング濃度は、1×1018cm-3と高い。また、コレクタ
領域50に含まれるn型InGaP層のバンドギャップは、ベ
ース領域20のp型GaAs層のバンドギャップよりも広
い。負性抵抗を有しない従来の単なるヘテロジャンクシ
ョンバイポーラトランジスタにおいては、コレクタ領域
50が、1×1018cm-3と高濃度にドープされたn型InGaP
層を有しておらず、ベースとなるp型GaAs層が、コレク
タ領域50の3×1016cm-3程度にドープされたn型層に
直接隣接していた。しかし、本発明においては、コレク
タ領域50に高濃度n型InGaP層を形成することによっ
て、室温で負性抵抗を有するトランジスタ100を形成
することが可能となった。従って、このトランジスタ1
00は、負性抵抗に関して、素子長が短い構成で、トラ
ンジスタにトンネルダイオードを付加した構造と同様の
効果を得ることができる。
The doping concentration of the n-type InGaP layer in the collector region 50 is as high as 1 × 10 18 cm −3 . The band gap of the n-type InGaP layer included in the collector region 50 is wider than the band gap of the p-type GaAs layer of the base region 20. In a conventional mere heterojunction bipolar transistor having no negative resistance, the collector region 50 is formed of a highly doped n-type InGaP 1 × 10 18 cm −3.
The p-type GaAs layer having no layer and serving as a base was directly adjacent to the n-type layer of the collector region 50 doped to about 3 × 10 16 cm −3 . However, in the present invention, the transistor 100 having a negative resistance at room temperature can be formed by forming a high-concentration n-type InGaP layer in the collector region 50. Therefore, this transistor 1
No. 00 is a configuration in which the element length is short with respect to the negative resistance, and the same effect as that obtained by adding a tunnel diode to a transistor can be obtained.

【0051】また、図6に示された実施例においては、
ベース領域20に隣接する第1コレクタ層30をInGaP
で形成しているが、別の実施例においては、ベース領域
20と同一の半導体材料であるGaAsで形成することも可
能である。このとき、負性抵抗を有するトランジスタを
生成するためには、第1コレクタ層のドーピング濃度を
高く設定することが必要である。第1コレクタ層のドー
ピング濃度は、1×101 8cm-3以上に設定されるのが好ま
しく、さらに5×1018cm-3以上に設定されるのが好まし
い。
In the embodiment shown in FIG.
The first collector layer 30 adjacent to the base region 20 is made of InGaP
However, in another embodiment, the base region 20 may be formed of GaAs, which is the same semiconductor material. At this time, in order to generate a transistor having a negative resistance, it is necessary to set a high doping concentration of the first collector layer. Doping concentration of the first collector layer, 1 × is preferably set to 10 1 8 cm -3 or more, preferably be further set to 5 × 10 18 cm -3 or more.

【0052】本発明の効果は、ベース領域20および第
1コレクタ層30を、GaAsとInGaPの組み合わせだけで
なく、例えば、GaAsとAlGaAs、InPとInGaAs、SiとSiGe
などを組み合わせた材料で形成した場合でも、得ること
ができる。また、前述したように、ベース領域20と第
1コレクタ層30を同一の材料で形成した場合でも、本
発明の効果を得ることが可能となる。すなわち、ベース
領域20に隣接する第1コレクタ層30のドーピング濃
度を1×1018cm-3以上に好適に調整することによって、
本発明の優れた効果を得ることができる。
The effect of the present invention is that the base region 20 and the first collector layer 30 are formed not only by the combination of GaAs and InGaP but also by, for example, GaAs and AlGaAs, InP and InGaAs, and Si and SiGe.
It can be obtained even when formed of a material obtained by combining the above. Further, as described above, even when the base region 20 and the first collector layer 30 are formed of the same material, the effects of the present invention can be obtained. That is, by suitably adjusting the doping concentration of the first collector layer 30 adjacent to the base region 20 to 1 × 10 18 cm −3 or more,
The excellent effects of the present invention can be obtained.

【0053】コレクタ領域50のn型第1コレクタ層3
0のドーピング濃度は、高く設定されるのが好ましく、
具体的には1×1018cm-3以上であるのが望ましい。ま
た、負性抵抗の開始電圧Vpは、第1コレクタ層30の
ドーピング量に応じて変化する。第1コレクタ層30の
ドーピング濃度が高ければ、負性抵抗の開始電圧Vpは
低くなり、ドーピング濃度が低ければ、開始電圧Vpは
高くなる。また、トランジスタ100の電圧電流特性に
おいて所望の開始電圧Vpを得る第1コレクタ層30の
厚さは、ドーピング濃度に依存する。第1コレクタ層3
0の厚さは、40nm以上であるのが好ましく、図6に示さ
れた実施例では50nmとしている。トランジスタ100の
高速動作を可能とするためには、ベース領域をなるべく
薄くすることが好ましい。本トランジスタ構造は、従来
より存する、負性抵抗を有したトランジスタ素子のどれ
よりも短い素子長で構成され、室温で、200GHzよりも高
い周波数での高周波動作を可能とする。コレクタ領域5
0の第1コレクタ層30の厚さを変更するときには、ド
ーピング濃度を調整することが望ましい。
N-type first collector layer 3 in collector region 50
The doping concentration of 0 is preferably set high,
Specifically, it is desirable that it be 1 × 10 18 cm −3 or more. Further, the starting voltage Vp of the negative resistance changes according to the doping amount of the first collector layer 30. If the doping concentration of the first collector layer 30 is high, the starting voltage Vp of the negative resistance becomes low, and if the doping concentration is low, the starting voltage Vp becomes high. Further, the thickness of the first collector layer 30 for obtaining a desired starting voltage Vp in the voltage-current characteristics of the transistor 100 depends on the doping concentration. First collector layer 3
The thickness of 0 is preferably not less than 40 nm, and is 50 nm in the embodiment shown in FIG. In order to enable high-speed operation of the transistor 100, it is preferable that the base region be as thin as possible. The present transistor structure has a shorter element length than any of the conventional transistor elements having negative resistance, and enables high-frequency operation at room temperature at a frequency higher than 200 GHz. Collector area 5
When changing the thickness of the first collector layer 30 of 0, it is desirable to adjust the doping concentration.

【0054】更に、このトランジスタ構造は、高周波動
作を可能とするだけでなく、素子長および寄生抵抗を小
さくしたことによって、大きな電流利得を有しており、
このトランジスタ一つで、分周期と増幅器とを実現する
ことも可能である。
Further, this transistor structure not only enables high-frequency operation, but also has a large current gain due to the reduced element length and parasitic resistance.
It is also possible to realize a dividing cycle and an amplifier with one transistor.

【0055】図7は、ベース電流Ibを500μAずつ増
やしたときの、図6に示したトランジスタ構造のコレク
タ・エミッタ間に印加する電圧Vceと、コレクタ電流
Icの電圧電流特性の実験結果を示す。この電圧電流特
性は、室温(約25℃)で測定された。実験の結果、本
発明のトランジスタ構造が、室温で大きな負性抵抗を有
していることが示された。
FIG. 7 shows experimental results of the voltage-current characteristics of the collector current Ic and the voltage Vce applied between the collector and the emitter of the transistor structure shown in FIG. 6 when the base current Ib is increased by 500 μA. This voltage-current characteristic was measured at room temperature (about 25 ° C.). Experiments have shown that the transistor structure of the present invention has a large negative resistance at room temperature.

【0056】図8は、本発明によるバイポーラトランジ
スタ100を回路素子として含む半導体IC(集積回
路)を示す。この半導体ICは、本発明によるバイポー
ラトランジスタ100を形成されたチップを有してい
る。図8においては、チップがピングリッドアレイ(P
GA)パッケージングされているが、他の方法によりパ
ッケージングされてもよい。
FIG. 8 shows a semiconductor IC (integrated circuit) including the bipolar transistor 100 according to the present invention as a circuit element. This semiconductor IC has a chip on which the bipolar transistor 100 according to the present invention is formed. In FIG. 8, the chip is a pin grid array (P
GA) Although it is packaged, it may be packaged by other methods.

【0057】トランジスタ100を半導体ICに組み込
むことによって、半導体ICの高性能化、多機能化を図
ることが可能となる。例えば、本トランジスタ構造は、
負性抵抗特性により一つの負荷で複数の安定点が得られ
るので、ある機能を実現するための、半導体ICに実装
する論理回路などの回路素子数を減らすことができる。
また、本トランジスタは、大きな電流利得を有するの
で、分周期及びアンプとして半導体ICに実装されるこ
とも可能である。
By incorporating the transistor 100 into a semiconductor IC, it is possible to achieve higher performance and more functions of the semiconductor IC. For example, the transistor structure
Since a plurality of stable points can be obtained with one load by the negative resistance characteristic, the number of circuit elements such as a logic circuit mounted on the semiconductor IC for realizing a certain function can be reduced.
Further, since the present transistor has a large current gain, it can be mounted on a semiconductor IC as a dividing cycle and an amplifier.

【0058】上記説明から明らかなように、本発明によ
れば、室温で負性抵抗を有するトランジスタを提供する
ことができる。以上、本発明を実施の形態を用いて説明
したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の
範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更又
は改良を加えることができることが当業者に明らかであ
る。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術
的範囲に含まれることが、特許請求の範囲の記載から明
らかである。
As apparent from the above description, according to the present invention, a transistor having a negative resistance at room temperature can be provided. As described above, the present invention has been described using the embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It is apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiment. It is apparent from the description of the appended claims that embodiments with such modifications or improvements are also included in the technical scope of the present invention.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明によると、室温で大きな負性抵抗
を有するバイポーラトランジスタを得ることができる。
また、本発明によると、素子長が短いので、非常に高い
周波数で動作可能なバイポーラトランジスタを得ること
ができる。また、本発明によると、非常に電流利得の大
きいバイポーラトランジスタを得ることができる。
According to the present invention, a bipolar transistor having a large negative resistance at room temperature can be obtained.
Further, according to the present invention, since the element length is short, a bipolar transistor operable at a very high frequency can be obtained. Further, according to the present invention, a bipolar transistor having a very large current gain can be obtained.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態であるトランジスタ
の基本的な構造を示す。
FIG. 1 shows a basic structure of a transistor according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1の実施の形態におけるトランジスタのバン
ド図を示す。
FIG. 2 is a band diagram of a transistor in the first embodiment.

【図3】電子が第1コレクタ層30を通り抜けるトンネ
ル効果を説明するためのバンド図である。
3 is a band diagram for explaining a tunnel effect in which electrons pass through a first collector layer 30. FIG.

【図4】図3に示されたトンネル効果を生じさせる構造
を半導体で作ったときの電圧電流特性である。
FIG. 4 shows a voltage-current characteristic when the structure that causes the tunnel effect shown in FIG. 3 is made of a semiconductor.

【図5】本発明の第2の実施の形態であるトランジスタ
の基本的な構造を示す。
FIG. 5 shows a basic structure of a transistor according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の構造を組み込んだトランジスタの一つ
の実施例を示す。
FIG. 6 illustrates one embodiment of a transistor incorporating the structure of the present invention.

【図7】図5に示されたトランジスタ構造のコレクタ・
エミッタ間に印加する電圧Vceと、コレクタ電流Ic
の実験結果を示す。
FIG. 7 shows a collector structure of the transistor structure shown in FIG.
The voltage Vce applied between the emitters and the collector current Ic
Shows the experimental results.

【図8】バイポーラトランジスタ100を回路素子とし
て含む半導体ICを示す。
FIG. 8 shows a semiconductor IC including a bipolar transistor 100 as a circuit element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・・エミッタ、20・・・ベース、30・・・第
1コレクタ層、40・・・第2コレクタ層、50・・・
コレクタ領域、60・・・負荷線、70・・・半導体I
C、100・・・トランジスタ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Emitter, 20 ... Base, 30 ... 1st collector layer, 40 ... 2nd collector layer, 50 ...
Collector region, 60: load line, 70: semiconductor I
C, 100 ... transistor

Claims (20)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エミッタ領域、前記エミッタ領域に隣接
するベース領域、及び前記ベース領域に隣接するコレク
タ領域を有するバイポーラトランジスタであって、 前記コレクタ領域が、前記コレクタ領域の電子がトンネ
ル効果により前記ベース領域に移動するように、高い濃
度にドーピングされた第1コレクタ層を有することを特
徴とするバイポーラトランジスタ。
1. A bipolar transistor having an emitter region, a base region adjacent to the emitter region, and a collector region adjacent to the base region, wherein the collector region has an electron in the collector region formed by a tunnel effect. A bipolar transistor comprising a first collector layer that is heavily doped to move to a region.
【請求項2】 前記第1コレクタ層は、前記バイポーラ
トランジスタが室温で負性抵抗を示す程度に、高濃度に
ドーピングされていることを特徴とする請求項1に記載
のバイポーラトランジスタ。
2. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the first collector layer is heavily doped so that the bipolar transistor exhibits a negative resistance at room temperature.
【請求項3】 前記第1コレクタ層は、前記ベース領域
に隣接して設けられていることを特徴とする請求項1ま
たは2に記載のバイポーラトランジスタ。
3. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the first collector layer is provided adjacent to the base region.
【請求項4】 前記第1コレクタ層は、前記第1コレク
タ層に隣接する前記ベース領域の層のバンドギャップよ
りも広いバンドギャップを有することを特徴とする請求
項3に記載のバイポーラトランジスタ。
4. The bipolar transistor according to claim 3, wherein the first collector layer has a band gap wider than a band gap of a layer of the base region adjacent to the first collector layer.
【請求項5】 前記ベース領域が、GaAsで構成される層
を有し、前記第1コレクタ層が、InGaPで構成されてい
ることを特徴とする請求項4に記載のバイポーラトラン
ジスタ。
5. The bipolar transistor according to claim 4, wherein the base region has a layer made of GaAs, and the first collector layer is made of InGaP.
【請求項6】 前記第1コレクタ層は、前記第1コレク
タ層に隣接する前記ベース領域の層と同一の半導体材料
で形成されていることを特徴とする請求項3に記載のバ
イポーラトランジスタ。
6. The bipolar transistor according to claim 3, wherein the first collector layer is formed of the same semiconductor material as a layer of the base region adjacent to the first collector layer.
【請求項7】 前記ベース領域が、GaAsで構成される層
を有し、前記第1コレクタ層が、GaAsで構成されている
ことを特徴とする請求項6に記載のバイポーラトランジ
スタ。
7. The bipolar transistor according to claim 6, wherein said base region has a layer made of GaAs, and said first collector layer is made of GaAs.
【請求項8】 前記第1コレクタ層のドーピング濃度
が、1×1018cm-3以上であることを特徴とする請求項1
から7のいずれかに記載のバイポーラトランジスタ。
8. The method according to claim 1, wherein the doping concentration of the first collector layer is 1 × 10 18 cm −3 or more.
8. The bipolar transistor according to any one of items 1 to 7,
【請求項9】 前記第1コレクタ層のドーピング濃度
が、5×1018cm-3以上であることを特徴とする請求項8
に記載のバイポーラトランジスタ。
9. The method according to claim 8, wherein a doping concentration of the first collector layer is 5 × 10 18 cm −3 or more.
4. The bipolar transistor according to claim 1.
【請求項10】 前記第1コレクタ層の厚さが、40nm以
上であることを特徴とする請求項1から9のいずれかに
記載のバイポーラトランジスタ。
10. The bipolar transistor according to claim 1, wherein the thickness of the first collector layer is 40 nm or more.
【請求項11】 前記第1コレクタ層の厚さが、ほぼ50
nmであることを特徴とする請求項10に記載のバイポー
ラトランジスタ。
11. The first collector layer has a thickness of about 50.
11. The bipolar transistor according to claim 10, wherein the thickness is in nm.
【請求項12】 前記エミッタ領域が、前記エミッタ領
域に隣接する前記ベース領域の層のバンドギャップより
も広いバンドギャップを有する層を含むことを特徴とす
る請求項1から11のいずれかに記載のバイポーラトラ
ンジスタ。
12. The device according to claim 1, wherein the emitter region includes a layer having a band gap wider than a band gap of a layer of the base region adjacent to the emitter region. Bipolar transistor.
【請求項13】 前記エミッタ領域の前記層が、InGaP
で構成され、前記エミッタ領域に隣接する前記ベース領
域の前記層が、GaAsで構成されていることを特徴とする
請求項12に記載のバイポーラトランジスタ。
13. The method according to claim 13, wherein said layer of said emitter region is made of InGaP.
13. The bipolar transistor according to claim 12, wherein the layer of the base region adjacent to the emitter region is formed of GaAs.
【請求項14】 前記コレクタ領域が、前記第1コレク
タ層に隣接し、且つ前記第1コレクタ層のドーピング濃
度よりも低いドーピング濃度を有する第2コレクタ層を
含むことを特徴とする請求項5に記載のバイポーラトラ
ンジスタ。
14. The method of claim 5, wherein the collector region includes a second collector layer adjacent to the first collector layer and having a lower doping concentration than the first collector layer. A bipolar transistor as described.
【請求項15】 前記第2コレクタ層が、GaAsで構成さ
れていることを特徴とする請求項14に記載のバイポー
ラトランジスタ。
15. The bipolar transistor according to claim 14, wherein said second collector layer is made of GaAs.
【請求項16】 バイポーラトランジスタを回路素子と
して含む半導体ICであって、 前記バイポーラトランジスタが、エミッタ領域、前記エ
ミッタ領域に隣接するベース領域、及び前記ベース領域
に隣接するコレクタ領域を有し、 前記コレクタ領域が、前記コレクタ領域の電子がトンネ
ル効果により前記ベース領域に移動するように、高い濃
度にドーピングされた第1コレクタ層を有することを特
徴とする半導体IC。
16. A semiconductor IC including a bipolar transistor as a circuit element, wherein the bipolar transistor has an emitter region, a base region adjacent to the emitter region, and a collector region adjacent to the base region. A semiconductor IC wherein the region has a first collector layer that is heavily doped so that electrons in the collector region move to the base region by tunneling.
【請求項17】 前記第1コレクタ層は、前記バイポー
ラトランジスタが室温で負性抵抗を示す程度に、高濃度
にドーピングされていることを特徴とする請求項16に
記載の半導体IC。
17. The semiconductor IC according to claim 16, wherein the first collector layer is heavily doped so that the bipolar transistor exhibits a negative resistance at room temperature.
【請求項18】 前記第1コレクタ層は、前記ベース領
域に隣接して設けられていることを特徴とする請求項1
6または17に記載の半導体IC。
18. The device according to claim 1, wherein the first collector layer is provided adjacent to the base region.
18. The semiconductor IC according to 6 or 17.
【請求項19】 前記第1コレクタ層は、前記第1コレ
クタ層に隣接する前記ベース領域の層のバンドギャップ
よりも広いバンドギャップを有することを特徴とする請
求項18に記載の半導体IC。
19. The semiconductor IC according to claim 18, wherein the first collector layer has a band gap wider than a band gap of a layer of the base region adjacent to the first collector layer.
【請求項20】 前記第1コレクタ層は、前記第1コレ
クタ層に隣接する前記ベース領域の層と同一の半導体材
料で形成されていることを特徴とする請求項18に記載
の半導体IC。
20. The semiconductor IC according to claim 18, wherein said first collector layer is formed of the same semiconductor material as a layer of said base region adjacent to said first collector layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN100364107C (en) * 2003-05-28 2008-01-23 株式会社东芝 Semiconductor device
CN105097960A (en) * 2014-05-16 2015-11-25 特里奎恩特半导体公司 Varactor diode with heterostructure

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