JP2569615B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 85
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 38
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 22
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
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Classifications
-
- 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
- H01L29/68—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〕 InGaAs/InAlGaAs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， コレクタバリア内のΓ−Ｌ谷間散乱による電子走行時
間の低下を防止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InGaAsからなる
コレクタ層,InAlGaAsからなるコレクタバリア層，一導
電型InGaAsからなるベース層，エミッタバリア層，およ
び一導電型InGaAsからなるエミッタ層を有し，該InAlGa
Asからなるコレクタバリア層の組成がベース層側よりコ
レクタ層に向かってAlの組成比を漸減させてInGaAsにな
るように形成されているように構成する。
ロントランジスタ（HET）に関し， コレクタバリア内のΓ−Ｌ谷間散乱による電子走行時
間の低下を防止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InGaAsからなる
コレクタ層,InAlGaAsからなるコレクタバリア層，一導
電型InGaAsからなるベース層，エミッタバリア層，およ
び一導電型InGaAsからなるエミッタ層を有し，該InAlGa
Asからなるコレクタバリア層の組成がベース層側よりコ
レクタ層に向かってAlの組成比を漸減させてInGaAsにな
るように形成されているように構成する。
本発明は半導体装置，特にInGaAs/InAlGaAs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。
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。
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のコレクタバリア
層は電流利得を向上させるためInAlGaAs4元混晶として
いる。
層は電流利得を向上させるため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,In0.52（Al0.5Ga0.5）0.48Asコレクタバ
リア層３の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）が約0.43eVと,n+−In
0.53Ga0.47Asコレクタ層２の約0.55eVと比較して小さい
ため，コレクタバリア層３中を通過するホットエレクト
ロンがΓ谷よりＬ谷に移り，Γ−Ｌ谷間散乱によりその
走行速度を低下させ問題となっている。
リア層３の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）が約0.43eVと,n+−In
0.53Ga0.47Asコレクタ層２の約0.55eVと比較して小さい
ため，コレクタバリア層３中を通過するホットエレクト
ロンがΓ谷よりＬ谷に移り，Γ−Ｌ谷間散乱によりその
走行速度を低下させ問題となっている。
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。
本発明は，上記のコレクタバリア内のΓ−Ｌ谷間散乱
による電子走行速度の低下を防止することを目的とす
る。
による電子走行速度の低下を防止することを目的とす
る。
上記問題点の解決は，一導電型InGaAsからなるコレク
タ層,InAlGaAsからなるコレクタバリア層，一導電型InG
aAsからなるベース層，エミッタバリア層，および一導
電型InGaAsからなるエミッタ層を有し，該コレクタバリ
ア層は，ベース層側よりコレクタ層に向かってAlの組成
比を漸減させて，該コレクタ層との境界面でInGaAsにな
るように形成されている半導体装置により達成される。
タ層,InAlGaAsからなるコレクタバリア層，一導電型InG
aAsからなるベース層，エミッタバリア層，および一導
電型InGaAsからなるエミッタ層を有し，該コレクタバリ
ア層は，ベース層側よりコレクタ層に向かってAlの組成
比を漸減させて，該コレクタ層との境界面でInGaAsにな
るように形成されてい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がInAlAsからな
る第１の量子井戸バリア層,InGaAs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，エミッタバリア層が
InAlAsからなる単一層である。
る第１の量子井戸バリア層,InGaAs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，エミッタバリア層が
InAlAsからなる単一層である。
本発明は，ΔＥ（Γ−Ｌ）は,InAlGaAsコレクタバリ
ア層が約0.43eVで,InGaAsコレクタ層のの約0.55eVより
小さいため，コレクタバリア層にコレクタベース間電圧
VCBを加えたときに，コレクタバリア層内を略バリステ
ィックに走行するホットエレクトロン（矢印で図示）は
Γ−Ｌ谷間散乱を受けるようになるのを，コレクタバリ
ア層をInAlGaAsのΔＥ（Γ−Ｌ）を引き下げる成分であ
るAlをベース側よりコレクタ側に向かって漸減した組成
にしてΔＥ（Γ−Ｌ）を漸減増加することにより，Γ−
Ｌ谷間散乱を防止するようにしたものである。
ア層が約0.43eVで,InGaAsコレクタ層のの約0.55eVより
小さいため，コレクタバリア層にコレクタベース間電圧
VCBを加えたときに，コレクタバリア層内を略バリステ
ィックに走行するホットエレクトロン（矢印で図示）は
Γ−Ｌ谷間散乱を受けるようになるのを，コレクタバリ
ア層をInAlGaAsのΔＥ（Γ−Ｌ）を引き下げる成分であ
るAlをベース側よりコレクタ側に向かって漸減した組成
にしてΔＥ（Γ−Ｌ）を漸減増加することにより，Γ−
Ｌ谷間散乱を防止するようにしたものである。
上記のことは,InAlGaAsのΔＥ（Γ−Ｌ）は，成分のI
nが増えると大きくなり,Al或いはGaが増えると小さくな
ることに着目してなされた。
nが増えると大きくなり,Al或いはGaが増えると小さくな
ることに着目してなされた。
第１図は本発明の一実施例によるInGaAs/InAlGaAsヘ
テロ接合を用いたRHETの断面図である。
テロ接合を用いたRHETの断面図である。
図において,InP基板１上に，例えばMBE法により順次n
+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層2,In0.52（AlXGa1-X）
0.48As（ｘ＝０→0.5にAl組成比をグレイデイングす
る）コレクタバリア層3A,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（AlXGa1-X）
0.48As（ｘ＝０→0.5にAl組成比をグレイデイングす
る）コレクタバリア層3A,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。
第２図は実施例のRHETのバンド構造図である。
図において,In0.52（AlXGa1-X）0.48As（ｘ＝０→0.
5）コレクタバリア層3AのΔＥ（Γ−Ｌ）がベース側の
約0.43eVよりn+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層２の約0.55
eVまでコレクタ側に向かって漸増するため，コレクタバ
リア層3A中を通過するホットエレクトロンはΓ−Ｌ谷間
散乱を受けることなく，従ってその走行速度は低下しな
い。
5）コレクタバリア層3AのΔＥ（Γ−Ｌ）がベース側の
約0.43eVよりn+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層２の約0.55
eVまでコレクタ側に向かって漸増するため，コレクタバ
リア層3A中を通過するホットエレクトロンはΓ−Ｌ谷間
散乱を受けることなく，従ってその走行速度は低下しな
い。
以上の結果，コレクタバリアでの谷間散乱による電子
走行速度の低下の起こっていた従来例ではコレクタ走行
時間は1.5〜3.0pSであったが，実施例では〜0.3pSと向
上した。
走行速度の低下の起こっていた従来例ではコレクタ走行
時間は1.5〜3.0pSであったが，実施例では〜0.3pSと向
上した。
以上説明したように本発明によれば,InGaAs/InAlGaAs
ヘテロ接合を用いた（Ｒ）HETにおいて，コレクタバリ
ア内のΓ−Ｌ谷間散乱をによる電子走行時間の低下を防
止することができる。
ヘテロ接合を用いた（Ｒ）HETにおいて，コレクタバリ
ア内のΓ−Ｌ谷間散乱をによる電子走行時間の低下を防
止することができる。
第１図は本発明の一実施例によるInGaAs/InAlGaAs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， ２はn+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層， 3AはIn0.52（AlXGa1-X）0.48As（ｘ＝０→0.5）コレク
タバリア層， ４はｎ−In0.53Ga0.47Asベース層， ５はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， ６はIn0.53Ga0.47As量子井戸ウエル層， ７はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， ８はn+−In0.53Ga0.47Asエミッタ層 である。
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， ２はn+−In0.53Ga0.47Asコレクタ層， 3AはIn0.52（AlXGa1-X）0.48As（ｘ＝０→0.5）コレク
タバリア層， ４はｎ−In0.53Ga0.47Asベース層， ５はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， ６はIn0.53Ga0.47As量子井戸ウエル層， ７はIn0.53Al0.47As量子井戸バリア層， ８はn+−In0.53Ga0.47As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InGaAsからなるコレクタ層,InAlGaAsからなる
コレクタバリア層，一導電型InGaAsからなるベース層，
エミッタバリア層，および一導電型InGaAsからなるエミ
ッタ層を有し， 該コレクタバリア層は，ベース層側よりコレクタ層に向
かってAlの組成比を漸減させて，該コレクタ層との境界
面でInGaAsになるように形成されていることを特徴とす
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のバリア層,InGaAsからなるウエル層,InAlAsからなる
第２の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 |
|---|---|---|---|
| JP62276305A JP2569615B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276305A JP2569615B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01117358A JPH01117358A (ja) | 1989-05-10 |
| JP2569615B2 true JP2569615B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=17567600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62276305A Expired - Lifetime JP2569615B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2569615B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2808145B2 (ja) * | 1989-08-24 | 1998-10-08 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4353081A (en) * | 1980-01-29 | 1982-10-05 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Graded bandgap rectifying semiconductor devices |
| JPH0763065B2 (ja) * | 1984-12-25 | 1995-07-05 | 日本電気株式会社 | 低閾値電圧のバイポーラトランジスタ |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP62276305A patent/JP2569615B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01117358A (ja) | 1989-05-10 |
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