JP2535565B2 - 半導体装置 - Google Patents
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 36
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/7606—Transistor-like structures, e.g. hot electron transistor [HET]; metal base transistor [MBT]
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Description
【発明の詳細な説明】 〔概要〕 InAlAs/InPヘテロ接合を用いたホットエレクトロント
ランジスタ（HET）に関し， 結晶成長を容易にすることを目的とし， InP基板上に順次形成された一導電型InPからなるコレ
クタ層,InAlAsからなるコレクタバリア層，一導電型InP
からなるベース層，エミッタバリア層，および一導電型
InPからなるエミッタ層とを有するように構成する。
ランジスタ（HET）に関し， 結晶成長を容易にすることを目的とし， InP基板上に順次形成された一導電型InPからなるコレ
クタ層,InAlAsからなるコレクタバリア層，一導電型InP
からなるベース層，エミッタバリア層，および一導電型
InPからなるエミッタ層とを有するように構成する。
本発明は半導体装置，特にInAlAs/InPヘテロ接合を用
いたホットエレクトロントランジスタ（HET）に関す
る。
いたホットエレクトロントランジスタ（HET）に関す
る。
HETは電子がエミッタよりベースに注入されたとき，
高い位置エネルギを運動エネルギに変換して高速で走行
できる利点を持つ。その飽和速度は通常のトランジスタ
では107cm/secであるが,HETではその10倍程度になる。
高い位置エネルギを運動エネルギに変換して高速で走行
できる利点を持つ。その飽和速度は通常のトランジスタ
では107cm/secであるが,HETではその10倍程度になる。
HETの中でも，共鳴トンネリングホットエレクトロン
（RHET）は，共鳴トンネリング効果を利用し，高いエネ
ルギを持つホットエレクトロンの動きを制御できるの
で，高速の論理，記憶等の機能を持つことができる。さ
らに，少数のデバイスでLSIを構成する回路機能を実現
できるため将来の新機能デバイスとして注目されてい
る。
（RHET）は，共鳴トンネリング効果を利用し，高いエネ
ルギを持つホットエレクトロンの動きを制御できるの
で，高速の論理，記憶等の機能を持つことができる。さ
らに，少数のデバイスでLSIを構成する回路機能を実現
できるため将来の新機能デバイスとして注目されてい
る。
従って，ここではRHETを例にとり説明する。
従来のInGaAsベース層の（Ｒ）HETは，ベース層のΓ
谷とＬ谷間のセパレーションエネルギ（後述）が大きい
ため電流利得が大きく有利である。さらにこの場合，コ
レクタバリア層は電流利得を向上させるために上記セパ
レーションエネルギが比較的大きいInAlGaAs4元混晶と
している。
谷とＬ谷間のセパレーションエネルギ（後述）が大きい
ため電流利得が大きく有利である。さらにこの場合，コ
レクタバリア層は電流利得を向上させるために上記セパ
レーションエネルギが比較的大きいInAlGaAs4元混晶と
している。
第３図は従来のInGaAs/InAlGaAsヘテロ接合を用いたR
HETの断面図である。
HETの断面図である。
図において,InP基板１上に，例えばMBE法により順次n
+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層2,In0.52（Al0.5Ga0.5）
0.48Asコレクタバリア層3,n−In0.53Ga0.47Asベース層
4,さらにIn0.53Al0.47Asバリア層5,In0.53Ga0.47Asウエ
ル層6,In0.53Al0.47Asバリア層７からなる量子井戸層，
およびn+−In0.53Ga0.47Asエミッタ層８を成長する。
+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層2,In0.52（Al0.5Ga0.5）
0.48Asコレクタバリア層3,n−In0.53Ga0.47Asベース層
4,さらにIn0.53Al0.47Asバリア層5,In0.53Ga0.47Asウエ
ル層6,In0.53Al0.47Asバリア層７からなる量子井戸層，
およびn+−In0.53Ga0.47Asエミッタ層８を成長する。
上記各層の諸元は，例えば次の通りである。
エミッタ層8,ベース層4,コレクタ層２上にそれぞれ厚
さ200/3000ÅのCr/Au電極が取り付けられる。
さ200/3000ÅのCr/Au電極が取り付けられる。
単に,HETの場合は，量子井戸層5,6,7の代わりにエミ
ッタバリア層として，厚さ100〜250ÅのIn0.53Al0.47As
層を形成する。
ッタバリア層として，厚さ100〜250ÅのIn0.53Al0.47As
層を形成する。
第４図は従来例のRHETのバンド構造図である。
図において，Γ谷（伝導帯底Ecと一致）とＬ谷のセパ
レーションエネルギΔＥ（Γ−Ｌ）は,In0.52（Al0.5Ga
0.5）0.48Asコレクタバリア層３が約0.43eV,n+−In0.53
Ga0.47Asコレクタ層２が約0.55eVである。
レーションエネルギΔＥ（Γ−Ｌ）は,In0.52（Al0.5Ga
0.5）0.48Asコレクタバリア層３が約0.43eV,n+−In0.53
Ga0.47Asコレクタ層２が約0.55eVである。
ΔＥ（Γ−Ｌ）が大きいほど，コレクタバリア層３中
を通過するホットエレクトロン（矢印）がΓ谷よりＬ谷
に移り，Γ−Ｌ谷間散乱を受けてその走行速度を低下さ
せることは少ない。
を通過するホットエレクトロン（矢印）がΓ谷よりＬ谷
に移り，Γ−Ｌ谷間散乱を受けてその走行速度を低下さ
せることは少ない。
因に，Γ谷の電子の有効質量ｍ＊は ｍ＊＝0.042m0. ここに,m0:電子の静止質量 であり,L谷ではその10倍程度と大きくなり，電子のエネ
ルギは低下し，電子はコレクタに到達しなくなる。
ルギは低下し，電子はコレクタに到達しなくなる。
従来のInGaAsベース層の（Ｒ）HETは共鳴バリアにInA
lAs3元結晶を，コレクタバリアにInAlGaAs4元結晶を用
いており，成長過程が複雑であり，製造上問題であっ
た。
lAs3元結晶を，コレクタバリアにInAlGaAs4元結晶を用
いており，成長過程が複雑であり，製造上問題であっ
た。
上記問題点の解決は,InP基板上に順次形成された一導
電型InPからなるコレクタ層,InAlAsからなるコレクタバ
リア層，一導電型InPからなるベース層，エミッタバリ
ア層，および一導電型InPからなるエミッタ層とを有す
る半導体装置により達成される。
電型InPからなるコレクタ層,InAlAsからなるコレクタバ
リア層，一導電型InPからなるベース層，エミッタバリ
ア層，および一導電型InPからなるエミッタ層とを有す
る半導体装置により達成される。
RHETの場合は，前記エミッタバリア層はInAlAsからな
る第１の量子井戸バリア層,InPからなる量子井戸ウエル
層,InAlAsからなる第２の量子井戸バリア層からなる量
子井戸層であり,HETの場合は，前記エミッタバリア層は
InAlAsからなる単一層である。
る第１の量子井戸バリア層,InPからなる量子井戸ウエル
層,InAlAsからなる第２の量子井戸バリア層からなる量
子井戸層であり,HETの場合は，前記エミッタバリア層は
InAlAsからなる単一層である。
本発明は，ベース層として２元系結晶のInPを用い，
コレクタバリア層としてInAlAs,共鳴バリア層あるいは
エミッタバリア層として（In）AlAsを用いることにより
成長を容易にして，かつ電流利得を低下させないで
（Ｒ）HETが得られるようにしたものである。
コレクタバリア層としてInAlAs,共鳴バリア層あるいは
エミッタバリア層として（In）AlAsを用いることにより
成長を容易にして，かつ電流利得を低下させないで
（Ｒ）HETが得られるようにしたものである。
共鳴バリア層あるいはエミッタバリア層の（In）AlAs
は40Åと薄く格子不整合でも支障はないので，バリア高
さを高くするためにInの組成比を従来例の0.53よりさら
に減らしていってもよく，さらにAlAs2元結晶としても
よい。
は40Åと薄く格子不整合でも支障はないので，バリア高
さを高くするためにInの組成比を従来例の0.53よりさら
に減らしていってもよく，さらにAlAs2元結晶としても
よい。
エミッタ層，量子井戸のウエル層，ベース層はInP2元
結晶を用いる。
結晶を用いる。
さらに，コレクタバリア層形成に従来のInAlGaAs4元
結晶からInAlAs3元結晶にして成長を容易にしている。
この場合,InAlAsのコレクタバリアの高さΔEcは0.28eV
で,InAlGaAsの0.25eVと略同程度であるので問題はな
い。また,InAlAsのΔＥ（Γ−Ｌ）は約0.40eVでΓ−Ｌ
谷間散乱による電子走行速度の低下も通常程度である。
結晶からInAlAs3元結晶にして成長を容易にしている。
この場合,InAlAsのコレクタバリアの高さΔEcは0.28eV
で,InAlGaAsの0.25eVと略同程度であるので問題はな
い。また,InAlAsのΔＥ（Γ−Ｌ）は約0.40eVでΓ−Ｌ
谷間散乱による電子走行速度の低下も通常程度である。
第１図は本発明の一実施例によるInAlAs/InPヘテロ接
合を用いたRHETの断面図である。
合を用いたRHETの断面図である。
図において,InP基板１上に，例えばMOCVD法，またはM
OMBE法により順次n+−InPコレクタ層12,In0.53Al0.47As
コレクタバリア層13,n−InPベース層14,さらにInxAl1-x
As（ｘ＝0.53〜０）バリア層15,InPウエル層16,InxAl
1-xAs（ｘ＝0.53〜０）バリア層17からなる量子井戸
層，およびn+−InPエミッタ層18を成長する。
OMBE法により順次n+−InPコレクタ層12,In0.53Al0.47As
コレクタバリア層13,n−InPベース層14,さらにInxAl1-x
As（ｘ＝0.53〜０）バリア層15,InPウエル層16,InxAl
1-xAs（ｘ＝0.53〜０）バリア層17からなる量子井戸
層，およびn+−InPエミッタ層18を成長する。
上記各層の諸元は，例えば次の通りである。
この場合，各層の成長は燐（Ｐ）を含むため通常のMB
E法によらないで，上記のMOCVD法，またはMOMBE法を用
いた。
E法によらないで，上記のMOCVD法，またはMOMBE法を用
いた。
エミッタ層18,ベース層14,コレクタ層12上にそれぞれ
厚さ200/3000ÅのCr/Au電極が取り付けられる。
厚さ200/3000ÅのCr/Au電極が取り付けられる。
第２図は実施例のRHETのバンド構造図である。
図において，ΔＥ（Γ−Ｌ）は,InAlAsが約0.40eV,In
Pが0.55eVである。
Pが0.55eVである。
また，第４図の従来例のバンド構造図と比較すると,I
nP基板１とn+−InPコレクタ層12間にエネルギのギャッ
プがなく，コレクタ抵抗を低下させることができる。
nP基板１とn+−InPコレクタ層12間にエネルギのギャッ
プがなく，コレクタ抵抗を低下させることができる。
以上説明したように本発明によれば，（Ｒ）HETの電
流利得を低下させることなく,2元系,3元系の結晶のみを
使ってその層構造を形成できるため，結晶成長が容易に
なる。
流利得を低下させることなく,2元系,3元系の結晶のみを
使ってその層構造を形成できるため，結晶成長が容易に
なる。
また，基板とコレクタ層間のギャップがなくなって良
好な特性が得られる。
好な特性が得られる。
さらにInPはInGaAsに比しバンドギャップが広いの
で，低温にしなくても安定な動作を行うことができる。
で，低温にしなくても安定な動作を行うことができる。
また,InP基板/i−InGaAsバッファ層/n+−InGaAsコレ
クタ層のように，バッファ層を挿入した場合はInPとInG
aAsのエネルギギャップにより，バッファ層内の基板と
の界面に２次元電子ガス層を生ずるが，実施例にバッフ
ァ層を挿入した場合はInP基板/i−InPバッファ層/n+−I
nGaAsコレクタ層となり，このような問題は起きない。
クタ層のように，バッファ層を挿入した場合はInPとInG
aAsのエネルギギャップにより，バッファ層内の基板と
の界面に２次元電子ガス層を生ずるが，実施例にバッフ
ァ層を挿入した場合はInP基板/i−InPバッファ層/n+−I
nGaAsコレクタ層となり，このような問題は起きない。
第１図は本発明の一実施例によるInAlAs/InPヘテロ接合
を用いたRHETの断面図， 第２図は実施例のRHETのバンド構造図， 第３図は従来のInGaAs/InAlGaAsヘテロ接合を用いたRHE
Tの断面図， 第４図は従来例のRHETのバンド構造図である。 図において， １はInP基板， 12はn+−InPコレクタ層， 13はInAlAsコレクタバリア層， 14はｎ−InPベース層， 15は（In）AlAs量子井戸バリア層， 16はInP量子井戸ウエル層， 17は（In）AlAs量子井戸バリア層， 18はn+−InPエミッタ層 である。
を用いたRHETの断面図， 第２図は実施例のRHETのバンド構造図， 第３図は従来のInGaAs/InAlGaAsヘテロ接合を用いたRHE
Tの断面図， 第４図は従来例のRHETのバンド構造図である。 図において， １はInP基板， 12はn+−InPコレクタ層， 13はInAlAsコレクタバリア層， 14はｎ−InPベース層， 15は（In）AlAs量子井戸バリア層， 16はInP量子井戸ウエル層， 17は（In）AlAs量子井戸バリア層， 18はn+−InPエミッタ層 である。
Claims (3)
- 【請求項１】InP基板上に順次形成された一導電型InPか
らなるコレクタ層,InAlAsからなるコレクタバリア層，
一導電型InPからなるベース層，エミッタバリア層，お
よび一導電型InPからなるエミッタ層とを有することを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】前記エミッタバリア層がInAlAsからなる第
１の量子井戸バリア層,InPからなる量子井戸ウエル層,I
nAlAsからなる第２の量子井戸バリア層からなる量子井
戸層であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体装置。 - 【請求項３】前記エミッタバリア層がInAlAsからなる単
一層であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27630487A JP2535565B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27630487A JP2535565B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01117357A JPH01117357A (ja) | 1989-05-10 |
| JP2535565B2 true JP2535565B2 (ja) | 1996-09-18 |
Family
ID=17567586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27630487A Expired - Lifetime JP2535565B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2535565B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10850065B2 (en) | 2010-02-09 | 2020-12-01 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
| US9789283B2 (en) | 2014-02-03 | 2017-10-17 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27630487A patent/JP2535565B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01117357A (ja) | 1989-05-10 |
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