JPH01117357A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Summary] This invention relates to a hot electron transistor (HET) using an InAlAs/InP heterojunction.
結晶成長を容易にすることを目的とし。Aimed at facilitating crystal growth.
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１ｎＰ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。A collector layer made of InP of one conductivity type, a collector barrier layer made of InAlAs, a base layer made of 1nP of one conductivity type, an emitter barrier layer, and an emitter layer made of InP of one conductivity type are successively formed on an InP substrate. Configure.
本発明は半導体装置、特にＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰへテロ
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。The present invention relates to semiconductor devices, particularly hot electron transistors (HETs) using InAlAs/InP heterojunctions.
) regarding.
ＨＵＴ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１０’ｃｉ／ｓｅｃであるが。In HUT, when electrons are injected from the emitter to the base,
It has the advantage of being able to run at high speed by converting high potential energy into kinetic energy. Its saturation speed is 10'ci/sec for a normal transistor.
＋１ＥＴではその１０倍程度になる。+1ET will be about 10 times that amount.
Ｈｔ！Ｔ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。Ht! Among T, resonant tunneling hot electron (RHET) utilizes the resonant tunneling effect.
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。Because it can control the movement of high-energy hot electrons, it has functions such as high-speed logic and memory.
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。can be done. Furthermore, since circuit functions constituting an LSI can be realized with a small number of devices, it is attracting attention as a device with new functions in the future.
従って、ここではＲＨＥＴを例にとり説明する。Therefore, RHET will be explained here as an example.
・従来のＩｎＧａＡｓベース層の（Ｒ） ＨＥＴは、ベ
ース層のｒ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ＩｎＡｌ
ＧａＡｓ ４元混晶としている。- The conventional InGaAs base layer (R) HET has a large current gain because of the large separation energy (described later) between the r valley and the L valley of the base layer. Furthermore, in this case, the collector barrier layer is made of InAl having a relatively high separation energy in order to improve the current gain.
It is a GaAs quaternary mixed crystal.
第３図は従来のＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＧａＡｓ へテ
ロ接合を用いたＲＨＥＴの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a RHET using a conventional InGaAs/InAlGaAs heterojunction.
図において、 ＩｎＰ基板１上に１例えばＭＢＥ法によ
り順次ｎ”−Ｉｎ６．５３ｃａｏ、 、７Ａｓコレクタ
層２゜Ｉｎｏ、 ５ｚ（Ａｌｏ、 ５Ｇａｏ、 Ｓ）０
．４１１ＡＳコレクタバリア層３゜ｎ−１ｎｏ、５３ｃ
ａＯ，４？ＡＳベ一ス層４．さらにＩｎｏ、 ｓ＋Ａ１
ｏ、 ａｔＡｓバリア層５ 、１ｎｏ、 ５３ｃａ０．
４？＾Ｓウ工ル層６ ＋ Ｉｎｏ、 ５３Ａ１Ｇ、 ４
？Ａ３バリア層７からなる量子井戸層、およびｎ”−Ｉ
ｎｏ、 ５ｚＧａｏ、 ｎ７Ａｓ工ミツタ層８を成長す
る。In the figure, n''-In6.53cao, 7As collector layers 2°Ino, 5z(Alo, 5Gao, S)0 are sequentially formed on an InP substrate 1 by, for example, the MBE method.
．． 411AS collector barrier layer 3°n-1no, 53c
aO, 4? AS base layer 4. Furthermore, Ino, s+A1
o, atAs barrier layer 5, 1no, 53ca0.
4? ^S wool layer 6 + Ino, 53A1G, 4
? A quantum well layer consisting of A3 barrier layer 7, and n”-I
No. 5zGao, n7As layer 8 is grown.
上記各層の諸元は９例えば次の通りである。The specifications of each of the above layers are as follows.
図番 層 濃度 厚さ（ｃｍ−３）
（人）
１ １ｎＰ基板
２ ｎ”−１ｎＧａＡｓ ２Ｅ１８ ３０
００３ １ｎＡＩＧａＡｓ ア
ンドープ ２０００４ ｎ−１ｎＧａＡｓ
ＩＥ１８ ５００５ １ｎＡＩＡ
ｓ ７）Ｆ−ブ ４
０６ １ｎＧａＡｓ アン
Ｆ−ブ ４０７ １ｎＡＩＡｓ
７＞Ｆ−ブ ４０８
ｎ”−１ｎＧａＡｓ ２Ｅ１８ ２０００
工ミツタ層８．ベース層４．コレクタ層２上にそれぞれ
厚さ２００／３０００人のＣｒ／Ａｕ電極が取り付けら
れる。Drawing number Layer Concentration Thickness (cm-3)
(person) 1 1nP substrate 2 n”-1nGaAs 2E18 30
003 1nAIGaAs Undoped 20004 n-1nGaAs
IE18 5005 1nAIA
s 7) F-bu 4
06 1nGaAs Anne F-bu 407 1nAIAs
7>F-bu 408
n”-1nGaAs 2E18 2000
Mitsuta layer 8. Base layer 4. Cr/Au electrodes each having a thickness of 200/3000 are mounted on the collector layer 2.
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１００〜２５０
人のＩｎｏ、 ５ｓＡ１６．４？ＡＳ層を形成する。In the case of HET, the quantum well layer 5. 6. As an emitter barrier layer instead of 7, a thickness of 100 to 250
Human Ino, 5sA16.4? Form an AS layer.
第４図は従来例のＲＨＩＩ！Ｔのバンド構造図である。Figure 4 shows the conventional example of RHII! It is a band structure diagram of T.
図において、ｒ谷（伝導帯底Ｅ、と一敗）とＬ谷のセパ
レーションエネルギΔＥ （ｒ−Ｌ）は。In the figure, the separation energy ΔE (r−L) of the r valley (the bottom of the conduction band E) and the L valley is ΔE (r−L).
Ｉｎｏ、５ｚ（Ａｌｏ、５Ｇａｏ、ｓ）ｏ、ａｓＡｓコ
レクタバリア層３が約０．４３ ｅＶ ＋ ｎ”−１
ｎｏ、５３Ｇａｏ、ｎＪＳコレクタ層２が約０．５５
ｅＶである。Ino, 5z(Alo, 5Gao, s)o, asAs collector barrier layer 3 is approximately 0.43 eV + n”-1
no, 53Gao, nJS collector layer 2 is approximately 0.55
It is eV.
ΔＥ （ｒ−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ｒ谷よりＬ谷
に移り、ｒ−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。The larger ΔE (r-L) is, the more hot electrons (arrow) passing through the collector barrier layer 3 move from the r-valley to the L-valley, and are less likely to be subject to r-L valley scattering and reduce their traveling speed.
因に、ｒ谷の電子の有効質量Ｃは ｍ” ＝ ０．０４２ ｍｏ。Incidentally, the effective mass C of the electron in the r valley is m” = 0.042 mo.
ここに＋ｍ１１’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。Here is the rest mass of the +m11' electron, which becomes about 10 times larger in the L valley, the energy of the electron decreases, and the electron no longer reaches the collector.
従来のＩｎＧａＡｓベース層の（Ｒ） ＨＥＴは共鳴バ
リアにＴｎＡＩＡｓ ３元結晶を、コレクタバリアにＩ
ｎＡｌＧａＡｓ４元結晶を用いており、成長過程が複雑
であり。The conventional InGaAs-based (R) HET uses a TnAIAs ternary crystal as a resonance barrier and an I as a collector barrier.
It uses a quaternary nAlGaAs crystal, and the growth process is complicated.
製造上問題であった。This was a manufacturing problem.
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１ｎＰ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。The above problem can be solved by forming a collector layer made of 1nP of one conductivity type, a collector barrier layer made of InAlAs, a base layer made of InP of one conductivity type, an emitter barrier layer, and an emitter barrier layer made of InP of one conductivity type, which are successively formed on an InP substrate. This is achieved by a semiconductor device having an emitter layer.
ＲＨｆ！Ｔの場合は、前記エミッタバリア層はＩｎＡｌ
Ａｓからなる第１の量子井戸バリア層、 ＩｎＰからな
る量子井戸ウェル層、 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、 ＩＩＥＴ
の場合は、前記エミッタバリア層はＩｎＡｌＡｓからな
る単−層である。RHf! In the case of T, the emitter barrier layer is InAl
A quantum well layer consisting of a first quantum well barrier layer made of As, a quantum well well layer made of InP, and a second quantum well barrier layer made of InAlAs, and IIET
In this case, the emitter barrier layer is a single layer made of InAlAs.
本発明は、ベース層として２元系結晶の１ｎＰ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）ＡＩＡｓ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。The present invention uses 1nP binary crystal as the base layer,
By using InAlAs+resonant barrier layer as the collector barrier layer or (In)AIAs as the emitter barrier layer, growth is facilitated and (R) HET can be obtained without reducing the current gain.
共鳴バリア層あるいはエミッタバリア層の（Ｉｎ）ＡＩ
Ａｓは４０人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。(In)AI of resonant barrier layer or emitter barrier layer
Since As is thin and has no problem even with lattice mismatch, the composition ratio of In is reduced to 0.00% of the conventional example in order to increase the barrier height.
It may be reduced further than 53.
さらにＡｌＡｓ ２元結晶としてもよい。Furthermore, it may be an AlAs binary crystal.
エミッタ層、量子井戸のウェル層、ベース層は１１２２
元結晶を用いる。 −さらに、コレクタバリア
層形成に従来のＩｎＡｌＧａＡｓ ４元結晶からＩｎＡ
ｌＡｓ ３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ΔＥ、は０
．２８ ｅＶで、 ＩｎＡｌＧａＡｓの０．２５ ｅＶ
と略同程度であるので問題はない。また。The emitter layer, quantum well well layer, and base layer are 1122
Use the original crystal. -Furthermore, for the formation of the collector barrier layer, the conventional InAlGaAs quaternary crystal has been changed to InA.
IAs is made into a ternary crystal to facilitate growth. In this case + the height ΔE of the collector barrier of InAlAs is 0
．． 28 eV, 0.25 eV for InAlGaAs
There is no problem as it is approximately the same as Also.
ＩｎＡ ＩＡｓのΔＥ （ｒ−Ｌ）は約０．４０ ｅＶ
でｒ−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。ΔE (r-L) of InA IAs is approximately 0.40 eV
The decrease in electron travel speed due to rL valley scattering is also at a normal level.
第１図は本発明の一実施例によるＩｎＡｌＡｓ／ｒｎＰ
ヘテロ接合を用いたＲＨＩ！Ｔの断面図である。FIG. 1 shows InAlAs/rnP according to an embodiment of the present invention.
RHI using heterojunction! It is a sectional view of T.
図において、 ＩｎＰ基板１上に１例えばｌ’１ＯｃＶ
Ｄ法。In the figure, 1, for example l'1OcV, is placed on the InP substrate 1.
D method.
またはＭＯＭＢＥ法により順次ｎ”−１ｎＰコレクタ層
１２゜Ｉｎｏ、 ５ｓＡ１ｏ、 ４？＾Ｓコレクタバリ
ア層１３． ｎ−１ｎＰベ一ス層１４．さらに
Ｉｎ、Ａｌ１−、Ａｓ （ｘ−０，５３〜０）バリア層
１５． ＩｎＰウェル層１６． Ｉｎ、ＡＩＩ−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。Or, by the MOMBE method, sequentially form n"-1nP collector layer 12°Ino, 5sA1o, 4?^S collector barrier layer 13. n-1nP base layer 14. Furthermore, In, Al1-, As (x-0,53~0 ) Barrier layer 15. InP well layer 16. In, AII-xAs
(x=0.53 to 0) A quantum well layer consisting of a barrier layer 17 and an n''-InP emitter layer 18 are grown.
上記各層の諸元は１例えば次の通りである。The specifications of each of the above layers are as follows, for example.
図番 層 濃度 厚さ（ｃｍ−’）
（人）
１ １ｎＰ基板
１２ ｎ”−１ｎＰ ５Ｅ１８ ３０
００１３ １ｎＡＩＡｓ ア
ンドブ ２０００１４ ｎ−夏ｎＰ
ＩＥ１８
５００１５ （Ｉｎ）ＡＩＡｓ
７シＦ−ブ ４０１６ １ｎ
Ｐ ア＞Ｆ−ブ
４０１７ （Ｉｎ）ＡＩＡｓ
アンＦ−ブ ４０１８ ｎ”−
ＩｎＰ ５Ｅ１８ ３０００この場合、各
層の成長は燐（Ｐ）を含むため通常のＭＢＨ法によらな
いで、上記のＭＯＣＶＤ法、またはＭＯＭＢＥ法を用い
た。Drawing number Layer Concentration Thickness (cm-')
(person) 1 1nP substrate 12 n”-1nP 5E18 30
0013 1nAIAs Andobu 200014 n-Summer nP
IE18
50015 (In) AIAs
7th F-bu 4016 1n
P A>F-B
4017 (In) AIAs
Anne F-bu 4018 n”-
InP 5E18 3000 In this case, since each layer contains phosphorus (P), the above-mentioned MOCVD method or MOMBE method was used instead of the usual MBH method.
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２００／３０００人のＣｒ／Ａｕ電極が取り
付けられる。Emitter layer 18. Base layer 14. Cr/Au electrodes with a thickness of 200/3000, respectively, are mounted on the collector layer 12.
第２図は実施例のＲＨＥＴのバンド構造図である。FIG. 2 is a band structure diagram of the RHET of the example.
図において、ΔＥ （ｒ−Ｌ）は、 ＩｎＡｌＡｓが約
０．４０ ｅＶ 、 ＩｎＰが０．５５ ｅＶである。In the figure, ΔE (r−L) is approximately 0.40 eV for InAlAs and 0.55 eV for InP.
また、第４図の従来例のバンド構造図と比較すると、
ＩｎＰ基板１とｎ”−ＩｎＰコレクタ層１層間２間ネル
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。Also, when compared with the band structure diagram of the conventional example in Fig. 4,
There is no energy gap between the InP substrate 1 and the n''-InP collector layer 1, and the collector resistance can be reduced.
以上説明したように本発明によれば、 （Ｒ）ｌＩＥＴ
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。As explained above, according to the present invention, (R)lIET
This is because the layered structure can be formed using only binary or ternary crystals without reducing the current gain.
結晶成長が容易になる。Crystal growth becomes easier.
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。In addition, there is no gap between the substrate and the collector layer, resulting in good characteristics.
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。Furthermore, since InP has a wider bandgap than InGaAs, stable operation can be achieved without lowering the temperature.
また、 ＩｎＰ基板／ １−ＩｎＧａＡｓｎＧａＡｓバ
フフッ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Ｉ ｎＧａＡｓ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／ １−１ｎＰバッファ層／ｎ”−１
ｎＧａＡｓコレクタ層となり、このような問題は起きな
い。In addition, when a buffer layer is inserted, such as an InP substrate/1-InGaAsnGaAs buffed InGaAs collector layer, a two-dimensional electron gas layer is generated at the interface between the buffer layer and the substrate due to the energy gap between InP and InGaAs. , if a buffer layer is inserted in the example, InP substrate/1-1nP buffer layer/n"-1
Since the collector layer is nGaAs, such a problem does not occur.
第１図は本発明の一実施例によるＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ
へテロ接合を用いた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Ｒ）ＩＢＴ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”−１ｎＰコレクタ層。
１３はＩｎＡｌＡｓコレクタバリア層。
１４はｎ−１ｎＰベ一ス層。
１５は（Ｉｎ）＾ＩＡｓ量子井戸バリア層。
１６はｒｎＰ量子井戸ウェル層。
１７は（Ｉｎ）ＡＩＡｓ量子井戸バリア層。
１８はｒ（”−ＩｎＰエミッ゛り層
釘屍今グのＲ）−ＩＢＴの打面図
第１図
Ｉ＋ＬＬ）
槌夾のＲＨＥ下の絣面聞
第３図FIG. 1 shows InAlAs/InP according to an embodiment of the present invention.
A cross-sectional view of a RHET using a heterojunction. FIG. 2 is a band structure diagram of the RHET of the example. FIG. 3 is a cross-sectional view of R) IBT using a conventional InGaAs/InAlGaAs heterojunction. FIG. 4 is a band structure diagram of a conventional RHET. In fig. 1 is an InP substrate. 12 is an n''-1nP collector layer. 13 is an InAlAs collector barrier layer. 14 is an n-1nP base layer. 15 is an (In)^IAs quantum well barrier layer. 16 is an rnP quantum well well layer. 17 is an (In) ) AIAs quantum well barrier layer. 18 is r ("-InP emitter layer nail corpse now R)-IBT surface drawing (Figure 1 I + LL) Tsuchikyo's Kasuri surface under RHE Figure 3
Claims (3)
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。(1) A collector layer made of one conductivity type InP, a collector barrier layer made of InAlAs, a base layer made of one conductivity type InP, an emitter barrier layer, and an emitter layer made of one conductivity type InP are sequentially formed on an InP substrate. A semiconductor device characterized by having:
１の量子井戸バリア層、ＩｎＰからなる量子井戸ウェル
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。(2) A patent characterized in that the emitter barrier layer is a quantum well layer consisting of a first quantum well barrier layer made of InAlAs, a quantum well well layer made of InP, and a second quantum well barrier layer made of InAlAs. A semiconductor device according to claim 1.
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。(3) The semiconductor device according to claim 1, wherein the emitter barrier layer is a single layer made of InAlAs.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP27630487A JP2535565B2 (en) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP27630487A JP2535565B2 (en) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | Semiconductor device |
Publications (2)
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| JP2535565B2 JP2535565B2 (en) | 1996-09-18 |
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| JP (1) | JP2535565B2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10426923B2 (en) | 2014-02-03 | 2019-10-01 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
| US10850065B2 (en) | 2010-02-09 | 2020-12-01 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP27630487A patent/JP2535565B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10850065B2 (en) | 2010-02-09 | 2020-12-01 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
| US10426923B2 (en) | 2014-02-03 | 2019-10-01 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
| US11458284B2 (en) | 2014-02-03 | 2022-10-04 | Medinol Ltd. | Catheter tip assembled with a spring |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2535565B2 (en) | 1996-09-18 |
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