JPH01102959A - Resonance tunnel transistor - Google Patents
Resonance tunnel transistorInfo
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- JPH01102959A JPH01102959A JP26083287A JP26083287A JPH01102959A JP H01102959 A JPH01102959 A JP H01102959A JP 26083287 A JP26083287 A JP 26083287A JP 26083287 A JP26083287 A JP 26083287A JP H01102959 A JPH01102959 A JP H01102959A
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- 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
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- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
- H01L29/205—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、ペテロ接合を有する共鳴トンネルトランジス
タの構造に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to the structure of a resonant tunnel transistor having a Peter junction.
（従来の技術）
最近、共鳴トンネル現象を利用した新しい構造のへテロ
接合を有する共鳴トンネルトランジスタが、アプライ２
−フイジクスルター（Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒ Ｖｏｌ、４６（１９８５）Ｐ、１６７）
において提案されている。(Prior art) Recently, a resonant tunneling transistor having a new structure of heterojunction utilizing resonant tunneling phenomenon has been developed.
-Applied Physics
Letter Vol, 46 (1985) P, 167)
It has been proposed in
このトランジスタのエネルギー帯図を第４図に示し、以
下、動作原理を説明する。第４図においてエミッタ１と
量子井戸層から成るベース２との間及びベース２とコレ
クタ３との間には、同じ厚さのポテンシャル障壁４が２
個あり、この障壁４の厚さは、電子がトンネル現象によ
って通過できるように、数十人程度であり、ベースの厚
さは、電子の散乱などを少なくするために、数十人程度
となっている。このトランジスタの動作は次のようにな
る。エミッタ１からコレクタ３への電子の輸送は、共鳴
トンネル現象によって行なわれ、ベース２の電位がいく
つかの散乱的な値のときに限り、エミッタｌの電子準位
と、ベース２の中に形成される共鳴トンネル準位５が等
しくなり、電子の共鳴トンネルが可能となる。その他の
電位のときには、共鳴トンネル現象は起らず、電子輸送
が起らない。従ってエミッタ・コレクタ間に所定の電位
差を設けておき、べ−スミ位を制御することにより、コ
レクタ電流を制御することができる。An energy band diagram of this transistor is shown in FIG. 4, and the principle of operation will be explained below. In FIG. 4, there are two potential barriers 4 of the same thickness between the emitter 1 and the base 2 consisting of a quantum well layer, and between the base 2 and the collector 3.
The thickness of this barrier 4 is about a few dozen thick to allow electrons to pass through by tunneling, and the thickness of the base is about a few dozen thick to reduce scattering of electrons. ing. The operation of this transistor is as follows. The transport of electrons from the emitter 1 to the collector 3 takes place by resonant tunneling, and only when the potential of the base 2 has some scattering value, the electron level of the emitter 1 and the formation in the base 2 The resonant tunneling levels 5 that are generated become equal, and resonant tunneling of electrons becomes possible. At other potentials, resonant tunneling does not occur and electron transport does not occur. Therefore, by providing a predetermined potential difference between the emitter and the collector and controlling the base potential, the collector current can be controlled.
この従来の共鳴トンネルトランジスタの構造では、電位
のないときベース２の層の伝導帯の底のエネルギーは、
エミッタ１及びコレクタ３の伝導帯の底のエネルギーに
等しく、ベース２に流れる電子電流と、エミッタ１から
ベース２を通すコレクタ３へ流れる電子電流がベース部
分で同じエネルギーレベルを利用している。In this conventional resonant tunneling transistor structure, the energy at the bottom of the conduction band of the base 2 layer when there is no potential is
It is equal to the energy at the bottom of the conduction band of the emitter 1 and the collector 3, and the electron current flowing into the base 2 and the electron current flowing from the emitter 1 to the collector 3 through the base 2 utilize the same energy level in the base portion.
（発明が解決しようとする問題点）
従来の共鳴トンネルトランジスタは、上記述べたように
、ベースに流れる電子電流と、エミッタからベースを通
ってコレクタへ流れる電子電流がベース部分において同
じエネルギーレベルを利用しているために、本来ならば
エミッタからベースを通過しコレクタへと到達する電子
の一部がベース部分に流れ込む。そのために電流利得を
大きくする二とができないという欠点をもっていた。(Problems to be Solved by the Invention) As stated above, in a conventional resonant tunnel transistor, the electron current flowing into the base and the electron current flowing from the emitter through the base to the collector utilize the same energy level in the base portion. Because of this, some of the electrons that would normally pass from the emitter to the base and reach the collector flow into the base. Therefore, it has the disadvantage that it is not possible to increase the current gain.
本発明の目的はこのような欠点を除き、より大きな電流
利得をもった共鳴トンネルトランジスタを提供すること
にある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to eliminate such drawbacks and provide a resonant tunneling transistor with a larger current gain.
（問題を解決するための手段）
本発明は量子井戸層をポテンシャル障壁で挟み込み、さ
らにポテンシャル障壁の両側を電極層としヘテロ接合を
有する共鳴トンネルトランジスタにおいて、量子井戸層
の伝導帯の底のエネルギーが、電極層の伝導帯の底のエ
ネルギーより低くしたことを特徴とする共鳴トンネルト
ランジスタを提供することにある。(Means for Solving the Problem) The present invention provides a resonant tunneling transistor having a heterojunction in which a quantum well layer is sandwiched between potential barriers and electrode layers are placed on both sides of the potential barrier. Another object of the present invention is to provide a resonant tunnel transistor characterized in that the energy is lower than the bottom energy of the conduction band of an electrode layer.
（作用）
本発明による共鳴トンネルトランジスタは、ベース層の
伝導帯のエネルギーの底が、電極層の伝導帯のエネルギ
ーの底よりも低くなっており、ベース電流の占めるエネ
ルギー準位は、エミッタからコレクタへ流れる電流が、
ベース層部分において利用するエネルギー準位より低く
なっており、これら２つの電流は各々別々のエネルギー
準位を占めることになる。ベース層の電子のエネルギー
準位について詳しく述べると以下のようになる。ベース
層は、量子井戸構造となっているために、電子のとり得
るエネルギー準位は離散的になっており、この準位がベ
ース電位を制御してエミッタの伝導帯の底のエネルギー
準位に等しい時にのみ共鳴トンネル現象が起こり、エミ
ッタからコレクタへと共鳴トンネル電流が流れる。本共
鳴トンネルトランジスタは、ベース伝導帯の底がエミッ
タの伝導帯の底よりも低いために、ベースでの、電子の
離散的なエネルギー準位のうち、最低準位又は、第２準
位は、エミッタの伝導帯の底よりも低い。そのため、共
鳴トンネル電流は、上記準位より上のエネルギー準位を
利用して流れることになる。他方ベース電流はベースで
の離散的エネルギー準位の最低準位又は第２準位を利用
して流れる。ベース電流の利用するエネルギー準位と、
共鳴トンネル電流の流れるエネルギー準位は異なるため
に、共鳴トンネル電流の１部がベース電流に寄与する割
合が非常に少ないために、大きな電流利得を得ることが
できる。(Function) In the resonant tunnel transistor according to the present invention, the bottom of the energy of the conduction band of the base layer is lower than the bottom of the energy of the conduction band of the electrode layer, and the energy level occupied by the base current is from the emitter to the collector. The current flowing to
The energy level is lower than that used in the base layer portion, and these two currents occupy separate energy levels. The details of the energy level of electrons in the base layer are as follows. Because the base layer has a quantum well structure, the energy levels that electrons can take are discrete, and these levels control the base potential to reach the energy level at the bottom of the emitter's conduction band. Resonant tunneling occurs only when they are equal, and a resonant tunneling current flows from the emitter to the collector. In this resonant tunnel transistor, since the bottom of the base conduction band is lower than the bottom of the emitter conduction band, the lowest level or the second level among the discrete energy levels of electrons at the base is lower than the bottom of the emitter's conduction band. Therefore, the resonant tunneling current flows using the energy level above the above level. On the other hand, the base current flows using the lowest or second level of the discrete energy levels at the base. The energy level used by the base current,
Since the energy levels through which the resonant tunneling current flows are different, the proportion of a portion of the resonant tunneling current contributing to the base current is very small, so a large current gain can be obtained.
（実施例）
第１図及び第２図に本発明による、共鳴トンネルトラン
ジスタの実施例についてエネルギー帯図を示す。第１図
はポテンシャル障壁の数が２個、第２図は、３個の場合
を示す。これらのポテンシャル障壁の数は、これより大
きな値４，５・・・ωにしても、この共鳴トンネルトラ
ンジスタの動作は可能となる。(Example) FIGS. 1 and 2 show energy band diagrams for an example of a resonant tunnel transistor according to the present invention. FIG. 1 shows a case where there are two potential barriers, and FIG. 2 shows a case where there are three potential barriers. Even if the number of these potential barriers is set to a larger value 4, 5, . . . . . . ω, the resonant tunnel transistor can operate.
但しポテンシャル障壁の数がｍ個のときは、それらに挾
まれる量子井戸の総数はｍ−１個となる。However, when the number of potential barriers is m, the total number of quantum wells sandwiched between them is m-1.
第３図に本発明による共鳴トンネル・トランジスタのう
ち、ポテンシャル障壁が２つの場合のトランジスタの断
面構造を示す。１エミツタ及び３コレクタ層が、ポテン
シャル障壁及び量子井戸層（２ベース）を挟み、１エミ
ツタ、３コレクタ及び２ベースには６パツドとして電極
用の金属（例えばＡｕＧｅなど）を蒸着またはスパッタ
法などによりつける。動作は、１エミツタから３コレク
タへの共鳴トンネル電子流をベース電位によって制御す
ることになる。この電子流は、ベース電位がある離的な
値のときのみ流れることになるが、ベーに層、でのエネ
ルギー準し・、。FIG. 3 shows a cross-sectional structure of a resonant tunnel transistor according to the present invention in which there are two potential barriers. 1 emitter and 3 collector layers sandwich a potential barrier and a quantum well layer (2 base), and the 1 emitter, 3 collector, and 2 base are coated with electrode metal (for example, AuGe) as 6 pads by vapor deposition or sputtering. Put on. The operation will be to control the resonant tunneling electron flow from one emitter to three collectors by the base potential. This electron flow will only flow when the base potential is a certain discrete value, but the energy at the base layer is approximately equal to .
位のうち、ベース電流に利用する準位と、共鳴トンネル
電子流が利用する準位が異なるため、後者の電子流の一
部が、ベース電流へ流れ込むことがない。そのために電
流利得（共鳴トンネル電流ｌベース電流）が大きくとれ
る。Among the levels, the level used for the base current and the level used for the resonant tunneling electron flow are different, so a part of the latter electron flow does not flow into the base current. Therefore, a large current gain (resonant tunnel current l base current) can be obtained.
使用する半導体材料の例としては、基板７として半絶縁
性ＩｎＰ上にエミッタ１及びコレクタ３をＩｎＡｌＧａ
Ａｓにより、ベース２をＩｎＧａＡｓ、ポテンシャル障
壁４をＩｎＡｌＡｓによって形成することができる。An example of the semiconductor material used is InAlGa for the emitter 1 and collector 3 on semi-insulating InP as the substrate 7.
By using As, the base 2 can be formed of InGaAs, and the potential barrier 4 can be formed of InAlAs.
各層厚は、エミッタ及びコレクタ２００ＯＡ、ベース５
０Ａ、ポテンシャル障壁２０人が一例となる。エミッタ
、ベース、コレクタには、Ｓｉなどのｎ型のドーパント
を用いて、ｎ型半導体にする。ドーピング量は、エミッ
タ、コレクタが １０１９から５Ｘ１０１９ｃｍ＝程度
の値、ベースは １Ｑ１７から１０１８ｃｍ−３程度の
値が一例として揚げられる。The thickness of each layer is 200 OA for emitter and collector, 5 OA for base.
An example would be 0A and 20 potential barriers. The emitter, base, and collector are made into n-type semiconductors by using an n-type dopant such as Si. As an example, the doping amount is about 1019 to 5X1019 cm for the emitter and collector, and about 1Q17 to 1018 cm-3 for the base.
これらの構造は分子線エピタキシー法などによって成長
できる。実施例で１よＩｎＡｌＧａＡｓ系について説明
したが、これ以外のＩＩＩ−Ｖ族化合物、例えば、エミ
ッタ及びコレクタにＩｎＳｂ、ベースにＩｎＡｓＳｂの
ｎ型半導体、ポテンシャル障壁には、ＧａｒｂまたはＡ
ｌＳｂを用いても良い。These structures can be grown by molecular beam epitaxy or the like. In Example 1, the InAlGaAs system was explained, but other III-V group compounds, such as InSb for the emitter and collector, InAsSb for the base, and n-type semiconductors for the potential barrier, Garb or A
lSb may also be used.
（発明の効果）
以上説明したように、本発明による、共鳴トンネル・ト
ランジスタは、ベース電流の利用するベースエネルギー
準位と、エミッタからコレクタへの共鳴トンネル電流が
利用するベースでのエネルギー準位が異なるために、高
電流利得をもっている。(Effects of the Invention) As explained above, in the resonant tunneling transistor according to the present invention, the base energy level used by the base current and the energy level at the base used by the resonant tunneling current from the emitter to the collector are different. Because of the difference, it has a high current gain.
第１図は、本発明による共鳴トンネルトランジスタのう
ち、ポテンシャル障壁が２個の場合のエネルギー帯図、
第２図はポテンシャル障壁が３個の場合のエネルギー帯
図、第３図は、ポテンシャル障壁が２個の場合の本発明
によるトランジスタの断面図、第４図は、従来の共鳴ト
ンネルトランジスタのエネルギー帯図である。
１・・・エミッタ
２・・・ベース
３・・・コレクタ
４・・・ポテンシャル障壁
５・・・共鳴トンネル準位
６・・・パッド
７・・・基板FIG. 1 is an energy band diagram when there are two potential barriers in a resonant tunnel transistor according to the present invention.
Fig. 2 is an energy band diagram when there are three potential barriers, Fig. 3 is a cross-sectional view of the transistor according to the present invention when there are two potential barriers, and Fig. 4 is an energy band diagram of a conventional resonant tunnel transistor. It is a diagram. 1... Emitter 2... Base 3... Collector 4... Potential barrier 5... Resonant tunnel level 6... Pad 7... Substrate
Claims (1)
テンシャル障壁の両側を電極層としヘテロ接合を有する
共鳴トンネルトランジスタにおいて、量子井戸層の伝導
帯の底のエネルギーを、電極層の伝導帯の底のエネルギ
ーより低くしたことを特徴とする共鳴トンネルトランジ
スタ。In a resonant tunnel transistor that has a heterojunction in which a quantum well layer is sandwiched between potential barriers and electrode layers are placed on both sides of the potential barrier, the energy at the bottom of the conduction band of the quantum well layer is lower than the energy at the bottom of the conduction band of the electrode layer. A resonant tunnel transistor characterized by:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26083287A JPH01102959A (en) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | Resonance tunnel transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26083287A JPH01102959A (en) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | Resonance tunnel transistor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01102959A true JPH01102959A (en) | 1989-04-20 |
Family
ID=17353377
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26083287A Pending JPH01102959A (en) | 1987-10-16 | 1987-10-16 | Resonance tunnel transistor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01102959A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0349263A (en) * | 1989-07-17 | 1991-03-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Resonance tunnel three-teminal device |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62111469A (en) * | 1985-08-23 | 1987-05-22 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | Resonance tunneling device |
| JPS62217658A (en) * | 1986-03-18 | 1987-09-25 | Fujitsu Ltd | Resonant tunnel semiconductor device |
-
1987
- 1987-10-16 JP JP26083287A patent/JPH01102959A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62111469A (en) * | 1985-08-23 | 1987-05-22 | テキサス インスツルメンツ インコ−ポレイテツド | Resonance tunneling device |
| JPS62217658A (en) * | 1986-03-18 | 1987-09-25 | Fujitsu Ltd | Resonant tunnel semiconductor device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0349263A (en) * | 1989-07-17 | 1991-03-04 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Resonance tunnel three-teminal device |
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