JP2527060B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66931—BJT-like unipolar transistors, e.g. hot electron transistors [HET], metal base transistors [MBT], resonant tunneling transistor [RTT], bulk barrier transistor [BBT], planar doped barrier transistor [PDBT], charge injection transistor [CHINT]
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置、特にホットエレクトロトラン
ジスタHETに係わる。
ジスタHETに係わる。
本発明は半導体装置，特にHETに係わり、InAsベース
層を挟んでGaSbエミッタバリア層とGaInAsSb系コレクタ
バリア層とを設けた構造をとって、トランジスタの飽和
特性の改善をはかることができるようにする。
層を挟んでGaSbエミッタバリア層とGaInAsSb系コレクタ
バリア層とを設けた構造をとって、トランジスタの飽和
特性の改善をはかることができるようにする。
昨今、超高速素子としてHETの開発，研究が盛んにな
されている。例えばアプライド・フィジックス・レター
ズ（Applied Physics Letters）Vol.51,No13,28 Septem
ber 1987.P984〜986には第４図にそのコンダクションバ
ンドのバイアス状態のバンドモデル図を示すように、In
Asより成るベース層（１）を挟んでその両側にAlSb0.92
As0.08より成るエミッタバリア層（２）とGaAsより成る
コレクタバリア層（３）とを設けて成る室温で動作可能
のHETが開示されている。
されている。例えばアプライド・フィジックス・レター
ズ（Applied Physics Letters）Vol.51,No13,28 Septem
ber 1987.P984〜986には第４図にそのコンダクションバ
ンドのバイアス状態のバンドモデル図を示すように、In
Asより成るベース層（１）を挟んでその両側にAlSb0.92
As0.08より成るエミッタバリア層（２）とGaAsより成る
コレクタバリア層（３）とを設けて成る室温で動作可能
のHETが開示されている。
この構成によるHETは、ベース−コレクタ間のコンダ
クションバンドのオフセットギャップΔEB-Cが0.8eVで
あることから、ベース−エミッタ間のエミッタバリア層
のコンダクションバンドのオフセットギャップΔE
B-Eは、ΔEB-Cより大きくする必要があり、上述のHETで
はΔEB-E＝1.3eVとされている。ところが、このよう
に、ベース−エミッタ間のオフセットのギャップΔEB-E
が1.3eVという高い値を持つ場合、エミッタからコレク
タに入るホットエレクトロンのエネルギーが高過ぎて、
コレクタにおけるこのホットエレクトロンによるイオン
化が無視できなくなる。つまり、この高エネルギーのホ
ットエレクトロンがコレクタにおいて価電子帯から電子
を叩き出し、アバランシェ電流を発生し、これがトラン
ジスタ特性を飽和特性を低下させる。第４図において、
斜線を付した部分は、電子が存在しているエネルギーレ
ベルを示す。
クションバンドのオフセットギャップΔEB-Cが0.8eVで
あることから、ベース−エミッタ間のエミッタバリア層
のコンダクションバンドのオフセットギャップΔE
B-Eは、ΔEB-Cより大きくする必要があり、上述のHETで
はΔEB-E＝1.3eVとされている。ところが、このよう
に、ベース−エミッタ間のオフセットのギャップΔEB-E
が1.3eVという高い値を持つ場合、エミッタからコレク
タに入るホットエレクトロンのエネルギーが高過ぎて、
コレクタにおけるこのホットエレクトロンによるイオン
化が無視できなくなる。つまり、この高エネルギーのホ
ットエレクトロンがコレクタにおいて価電子帯から電子
を叩き出し、アバランシェ電流を発生し、これがトラン
ジスタ特性を飽和特性を低下させる。第４図において、
斜線を付した部分は、電子が存在しているエネルギーレ
ベルを示す。
また、上述の構成による場合、In系のベース層（１）
と接するすなわちエミッタバリア層（２）がAl系であ
り、In系と、Al系とはエッチングの選択比がとりにく
い。したがて実際にこの種のHETを製造するIn系のベー
ス層（１）から、ベース電極をとり出すに当ってベース
層（１）の一部を外部に露出させるために、これの上の
In系のエミッタバリア層ないしはエミッタ層を一部エッ
チング除去する作業が難しいという問題が生じて来る。
と接するすなわちエミッタバリア層（２）がAl系であ
り、In系と、Al系とはエッチングの選択比がとりにく
い。したがて実際にこの種のHETを製造するIn系のベー
ス層（１）から、ベース電極をとり出すに当ってベース
層（１）の一部を外部に露出させるために、これの上の
In系のエミッタバリア層ないしはエミッタ層を一部エッ
チング除去する作業が難しいという問題が生じて来る。
本発明は、InAsベース層を有するHETにおいて、飽和
特性の改善，製造の簡易化をはかることを目的とする。
特性の改善，製造の簡易化をはかることを目的とする。
本発明は、第１図にその一例の断面図を示し、第２図
にその所要のバイアスを与えた動作状態でのバンドモデ
ル図を示すように、InAsより成るベース層（11）を挟ん
でその両側（第１図においてはその上下）に、GaSbより
成るエミッタバリア層（12）と、GaInAsSb系コレクタバ
リア層（13）を設けたHET構成とする。
にその所要のバイアスを与えた動作状態でのバンドモデ
ル図を示すように、InAsより成るベース層（11）を挟ん
でその両側（第１図においてはその上下）に、GaSbより
成るエミッタバリア層（12）と、GaInAsSb系コレクタバ
リア層（13）を設けたHET構成とする。
上述の構成によれば、コレクタバリア層（13）をGaIn
AsSb系の化合物半導体とすることによって、ベース及び
コレクタ間のコンダクションバンドのオフセットのギャ
ップΔEB-Cを0.8eVより小さくするもののアバランシェ
が生じにくい程度には大きいバンドギャップを有するも
のであり、片やエミッタバリア層（12）は、GaSbを用い
てそのベース−エミッタ間のコンダクションバンドのオ
フセットのギャップΔEB-Eを0.8eVという比較的小さい
値とするものであり、このようにすることによって不必
要な高いエネルギーのホットエレクトロンがコレクタに
導入することが回避され、アバランシェ電流の発生を回
避でき、飽和特性の改善をはかることができる。
AsSb系の化合物半導体とすることによって、ベース及び
コレクタ間のコンダクションバンドのオフセットのギャ
ップΔEB-Cを0.8eVより小さくするもののアバランシェ
が生じにくい程度には大きいバンドギャップを有するも
のであり、片やエミッタバリア層（12）は、GaSbを用い
てそのベース−エミッタ間のコンダクションバンドのオ
フセットのギャップΔEB-Eを0.8eVという比較的小さい
値とするものであり、このようにすることによって不必
要な高いエネルギーのホットエレクトロンがコレクタに
導入することが回避され、アバランシェ電流の発生を回
避でき、飽和特性の改善をはかることができる。
第３図は、アカデミック・プレス（ACADEMIC PRESS）
発行“ヘテロスラクチャー・レーザー”（HETERO−STRU
CTURE LASERS,H.C.Casey,Jr.M.B.Panish著）PART Bの第
41頁に記載のGa1-xIn1-xAsySb1-yにおけるその組成と、
バンドギャップ及び格子定数の関係を示したもので、こ
れより明らかなように、GaInAsSb系では0.8eVより小さ
いバンドギャップを有する。したがってベース及びコレ
クタ間のコンダクションバンドとのオフセットギャップ
ΔEB-Cを0.8eVより充分小とすることができ、これに伴
ってベース及びエミッタ間のコンダクションバンドのオ
フセットギャップΔEB-Eをも、GaSbによるエミッタバリ
ア層として用いて従前の1.3eVに比し小さい例えば0.8eV
とすることができるのである。
発行“ヘテロスラクチャー・レーザー”（HETERO−STRU
CTURE LASERS,H.C.Casey,Jr.M.B.Panish著）PART Bの第
41頁に記載のGa1-xIn1-xAsySb1-yにおけるその組成と、
バンドギャップ及び格子定数の関係を示したもので、こ
れより明らかなように、GaInAsSb系では0.8eVより小さ
いバンドギャップを有する。したがってベース及びコレ
クタ間のコンダクションバンドとのオフセットギャップ
ΔEB-Cを0.8eVより充分小とすることができ、これに伴
ってベース及びエミッタ間のコンダクションバンドのオ
フセットギャップΔEB-Eをも、GaSbによるエミッタバリ
ア層として用いて従前の1.3eVに比し小さい例えば0.8eV
とすることができるのである。
更に第１図を参照して本発明による半導体装置、即ち
ホットエレクトロントランジスタ（HET）の一例を説明
する。
ホットエレクトロントランジスタ（HET）の一例を説明
する。
実施例１ 第１図で示すように、ｎ型の高濃度のGaSb半導体基体
（10）上に、順次例えば厚さ2000Åのｎ型のGaSbより成
るコレクタ層、厚さ1000Åの真性のGaSbより成るコレク
タバリア層の下地層（13A）と、厚さ100Åの真性のGaxI
n1-xAsySb1-y、例えばGa0.8In0.2As0.2Sb0.8より成るコ
レクタバリア層（13）と、厚さ100Åのｎ型のInAsより
成るベース層（11）と、厚さ1000Åの真性のGaAsより成
るエミッタバリア層（12）と、厚さ2000Åのｎ型の高濃
度のGaSbより成るエミッタ層（14）とを順次形成した。
そして、エミッタ層（14）とエミッタバリア層（12）の
一部をGa系とIn系に対しエッチングに選択性を有するエ
ッチング法例えばCCl2F2＋He系によるRIE（Reactive Io
nEtching）法を用いてエッチングしてベース層（11）の
一部を露出する。そして、此処にベース電極（15）をオ
ーミックコンタクトし、同時にエミッタ層（14）上にエ
ミッタ電極（16）をオーミックに被着する。また、例え
ば基体（10）の裏面にコレクタ電極（17）をオーミック
に被着する。
（10）上に、順次例えば厚さ2000Åのｎ型のGaSbより成
るコレクタ層、厚さ1000Åの真性のGaSbより成るコレク
タバリア層の下地層（13A）と、厚さ100Åの真性のGaxI
n1-xAsySb1-y、例えばGa0.8In0.2As0.2Sb0.8より成るコ
レクタバリア層（13）と、厚さ100Åのｎ型のInAsより
成るベース層（11）と、厚さ1000Åの真性のGaAsより成
るエミッタバリア層（12）と、厚さ2000Åのｎ型の高濃
度のGaSbより成るエミッタ層（14）とを順次形成した。
そして、エミッタ層（14）とエミッタバリア層（12）の
一部をGa系とIn系に対しエッチングに選択性を有するエ
ッチング法例えばCCl2F2＋He系によるRIE（Reactive Io
nEtching）法を用いてエッチングしてベース層（11）の
一部を露出する。そして、此処にベース電極（15）をオ
ーミックコンタクトし、同時にエミッタ層（14）上にエ
ミッタ電極（16）をオーミックに被着する。また、例え
ば基体（10）の裏面にコレクタ電極（17）をオーミック
に被着する。
この場合、ベース・エミッタ間のオフセット高さはΔ
EB-Eは0.8eV、ベース・コレクタ間のオフセット高さΔE
B-Cは0.4〜0.8eVとなり、低温（室温）でトランジスタ
動作をなさしめ得る。
EB-Eは0.8eV、ベース・コレクタ間のオフセット高さΔE
B-Cは0.4〜0.8eVとなり、低温（室温）でトランジスタ
動作をなさしめ得る。
尚、コレクタバリア層（13）がGaxIn1-xAsySb1-y（ｘ
及びｙは原子比）において、0.8ｘ＜1.0,0＜ｙ0.2
とするときは、その格子定数がベース層（11）のInAsの
格子定数に一致するか良く一致して良好なエピタキシー
を行うことができ、更にこのInAsベース層（11）上にGa
Sbエミッタバリア層（12）を良好にエピタキシーするこ
とができ、更に、各ベース・コレクタ間、ベース・エミ
ッタ間のオフセットバリアΔEB-C,ΔEB-Eを0.4〜0.8eV
及び0.8eVとし得るものである。
及びｙは原子比）において、0.8ｘ＜1.0,0＜ｙ0.2
とするときは、その格子定数がベース層（11）のInAsの
格子定数に一致するか良く一致して良好なエピタキシー
を行うことができ、更にこのInAsベース層（11）上にGa
Sbエミッタバリア層（12）を良好にエピタキシーするこ
とができ、更に、各ベース・コレクタ間、ベース・エミ
ッタ間のオフセットバリアΔEB-C,ΔEB-Eを0.4〜0.8eV
及び0.8eVとし得るものである。
そして、各層（10）−（13A）−（13）−（11）−（1
2）−（14）は、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）法、MBE（MolecularBeam Epitaxy）法等
によって一連の作業として連続エピタキシーによって形
成することができる。
2）−（14）は、MOCVD（Metal Organic Chemical Vapor
Deposition）法、MBE（MolecularBeam Epitaxy）法等
によって一連の作業として連続エピタキシーによって形
成することができる。
（18）及び（19）は例えば酸化物層等より成る絶縁層
を示す。
を示す。
尚、第１図で示した例においては、GaSb基体（９）を
用いた場合であるが、或る場合は、高不純物濃度即ち低
比抵抗のｎ型の例えばGaSb,InAs基板を設け、これの上
にGaSbコレクタ層（10）をエピタキシャル成長させるこ
ともできる。この場合においても基体（９）上の各層は
連続的にMOCVD法或いはMBE法によって一連の作業でエピ
タキシャル成長させることができる。
用いた場合であるが、或る場合は、高不純物濃度即ち低
比抵抗のｎ型の例えばGaSb,InAs基板を設け、これの上
にGaSbコレクタ層（10）をエピタキシャル成長させるこ
ともできる。この場合においても基体（９）上の各層は
連続的にMOCVD法或いはMBE法によって一連の作業でエピ
タキシャル成長させることができる。
本発明の構成によれば、コレクタバリア層（13）をGa
InAsSb系の化合物半導体とするとき、ベース及びコレク
タ間のコンダクションバンドのオフセットのギャップΔ
EB-Cを0.8eVより小さくするものであり、片やエミッタ
バリア層（２）は、GaSbを用いてそのベース−エミッタ
のコンダクションバンドのオフセットのギャップΔEB-E
を0.8eVという比較的小さい値とするものであり、この
ようにすることによってコレクタに不必要な高いエネル
ギーのホットエレクトロンが導入することが回避され、
アバランシェ電流の発生を回避でき、飽和特性の改善を
はかることかできる。
InAsSb系の化合物半導体とするとき、ベース及びコレク
タ間のコンダクションバンドのオフセットのギャップΔ
EB-Cを0.8eVより小さくするものであり、片やエミッタ
バリア層（２）は、GaSbを用いてそのベース−エミッタ
のコンダクションバンドのオフセットのギャップΔEB-E
を0.8eVという比較的小さい値とするものであり、この
ようにすることによってコレクタに不必要な高いエネル
ギーのホットエレクトロンが導入することが回避され、
アバランシェ電流の発生を回避でき、飽和特性の改善を
はかることかできる。
また、ベース層（11）の一部を露出させるための、エ
ミッタ層（14）とエミッタバリア層（12）に対する選択
的エッチングは、Ga系とIn系に対しエッチング速度に差
を有するCcl2F2＋He系エッチングガスを用いることによ
って容易，確実にベース層（11）の一部を外部に露出を
行うことができる。
ミッタ層（14）とエミッタバリア層（12）に対する選択
的エッチングは、Ga系とIn系に対しエッチング速度に差
を有するCcl2F2＋He系エッチングガスを用いることによ
って容易，確実にベース層（11）の一部を外部に露出を
行うことができる。
第１図は本発明装置の一例の断面図、第２図はそのバン
ドモデル図、第３図はGaxIn1-xAsySb1-yのバンドギャッ
プと格子定数を示す図、第４図は従来装置のバンドモデ
ル図である。 （11）はベース層、（12）はエミッタバリア層、（13）
はコレクタバリア層である。
ドモデル図、第３図はGaxIn1-xAsySb1-yのバンドギャッ
プと格子定数を示す図、第４図は従来装置のバンドモデ
ル図である。 （11）はベース層、（12）はエミッタバリア層、（13）
はコレクタバリア層である。
Claims (1)
- 【請求項１】InAsより成るベース層を挟んでGaSbより成
るエミッタバリア層と、GaInAsSb系コレクタバリア層と
を具備して成る半導体装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018707A JP2527060B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 半導体装置 |
| EP91101080A EP0440139B1 (en) | 1990-01-29 | 1991-01-28 | Hot electron transistor |
| DE69105762T DE69105762T2 (de) | 1990-01-29 | 1991-01-28 | Heisse-Elektronen-Transistor. |
| US07/647,411 US5124771A (en) | 1990-01-29 | 1991-01-29 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018707A JP2527060B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03222478A JPH03222478A (ja) | 1991-10-01 |
| JP2527060B2 true JP2527060B2 (ja) | 1996-08-21 |
Family
ID=11979123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018707A Expired - Fee Related JP2527060B2 (ja) | 1990-01-29 | 1990-01-29 | 半導体装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5124771A (ja) |
| EP (1) | EP0440139B1 (ja) |
| JP (1) | JP2527060B2 (ja) |
| DE (1) | DE69105762T2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5326985A (en) * | 1992-09-28 | 1994-07-05 | Motorola, Inc. | Bipolar doped semiconductor structure and method for making |
| US5298763A (en) * | 1992-11-02 | 1994-03-29 | Motorola, Inc. | Intrinsically doped semiconductor structure and method for making |
| US5436469A (en) * | 1994-06-15 | 1995-07-25 | Moll; Nicolas J. | Band minima transistor |
| KR0170474B1 (ko) * | 1995-12-21 | 1999-02-01 | 정선종 | 공진 터널링 핫전자 장치 |
| JP3388090B2 (ja) * | 1996-04-26 | 2003-03-17 | 富士通株式会社 | 電流駆動される半導体装置および高移動度トランジスタ |
| KR19980034078A (ko) * | 1996-11-05 | 1998-08-05 | 양승택 | 핫 전자 장치(Hot Electron Device) 및 공진 터널링 핫 전자 장치 |
| EP1719188A4 (en) * | 2004-01-22 | 2009-02-25 | Advanced Optical Materials Llc | PHOTOTRANSISTORS, METHODS OF MAKING PHOTOTRANSISTORS AND METHODS OF DETECTING LIGHT |
| US7639459B2 (en) * | 2005-01-10 | 2009-12-29 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands B.V. | Three terminal magnetic sensor having an in-stack longitudinal biasing layer structure |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA1237824A (en) * | 1984-04-17 | 1988-06-07 | Takashi Mimura | Resonant tunneling semiconductor device |
| JPS63229752A (ja) * | 1987-03-19 | 1988-09-26 | Fujitsu Ltd | 超高速半導体装置 |
| US4829343A (en) * | 1987-07-17 | 1989-05-09 | American Telephone & Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Hot electron transistor |
-
1990
- 1990-01-29 JP JP2018707A patent/JP2527060B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1991
- 1991-01-28 DE DE69105762T patent/DE69105762T2/de not_active Expired - Fee Related
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