JPH01161862A - 半導体構造 - Google Patents
半導体構造Info
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- JPH01161862A JPH01161862A JP31881887A JP31881887A JPH01161862A JP H01161862 A JPH01161862 A JP H01161862A JP 31881887 A JP31881887 A JP 31881887A JP 31881887 A JP31881887 A JP 31881887A JP H01161862 A JPH01161862 A JP H01161862A
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- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 7
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
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Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体多層膜構造体及びそれを用いた半導体装
置に係り、特にその中で′電子あるいは正孔が高速に移
動するために動作が高速である様な構造体及び半導体装
置に関する。
置に係り、特にその中で′電子あるいは正孔が高速に移
動するために動作が高速である様な構造体及び半導体装
置に関する。
従来１層の厚さが徐々に変化するような半導体多層構造
については、エレクトロニクスレタース１９ （１９８
３年）第８２２頁から第８２３頁（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １９ （１９８３）ｐｐ８２
２−８２３）において論じられている。
については、エレクトロニクスレタース１９ （１９８
３年）第８２２頁から第８２３頁（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉ
ｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ １９ （１９８３）ｐｐ８２
２−８２３）において論じられている。
従来技術は多ｊ−膜の層厚を徐々に変化させているため
に、その中で電子・正孔は様々な散乱と受け、その散乱
によって速度の上限が制限されるという問題があった。
に、その中で電子・正孔は様々な散乱と受け、その散乱
によって速度の上限が制限されるという問題があった。
本発明の目的は上記問題を解決し、散乱にょる速度の上
限を超えた高速な電気伝導を実現することにある。
限を超えた高速な電気伝導を実現することにある。
上記目的は、多層構造を２つ以上の領域に分け。
隣接する領域間の電子あるいは正孔の基底量子化エネル
ギーの差が多層構造材料中の光学７オノンエネルギーの
大きさに一致する様に各領域の層厚を設計することによ
り達成される。この様な多層構造を構成する材料として
は例えばＧａＡｓとＡｔＧａＡｓ、ＩｎｐとＩｎＧａＡ
ｓＰ 、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓ。
ギーの差が多層構造材料中の光学７オノンエネルギーの
大きさに一致する様に各領域の層厚を設計することによ
り達成される。この様な多層構造を構成する材料として
は例えばＧａＡｓとＡｔＧａＡｓ、ＩｎｐとＩｎＧａＡ
ｓＰ 、ＩｎＰとＩｎＧａＡｓ。
ＧａＡＳとＩｎＧａＡｓＰ 、ＧａＡＳと１ｎＱａＡｔ
Ｐ ＊ＧａＳｂとＧａＡｔＳｂ等の格子定数を一致させ
ることのできる材料の組合せだけでなくｈ ａａｈｓと
ＧａＡｓＰ 、ＧａＰとＧａＡｓＰ 、ＧａＡｓとＩｎ
ＧａＡｓ 。
Ｐ ＊ＧａＳｂとＧａＡｔＳｂ等の格子定数を一致させ
ることのできる材料の組合せだけでなくｈ ａａｈｓと
ＧａＡｓＰ 、ＧａＰとＧａＡｓＰ 、ＧａＡｓとＩｎ
ＧａＡｓ 。
ＱａＡｓとＩｎＧａＡｔＡｓ、ＧａＡｓとＧａＡｓＳｂ
。
。
ＱａＡｓとＡｔＧａＡｓＳｂ 、ＧａＳｂとＧ’ａＡｔ
ＡｓＳｂ 。
ＡｓＳｂ 。
ＧａＳｂと１ｎＡｓ等の格子定数の必ずしも一致しない
材料の組み合わせでも良い。又、前記条件を満たす層厚
については様々な場合が考えられるが、組み合せる材料
の各々についておよそ５Å以上３００Å以下の範囲で、
各領域について適当な値を選ぶことができる。
材料の組み合わせでも良い。又、前記条件を満たす層厚
については様々な場合が考えられるが、組み合せる材料
の各々についておよそ５Å以上３００Å以下の範囲で、
各領域について適当な値を選ぶことができる。
本発明の作用を第１図を用いて説明する。まず符号１〜
５の領域から成る構造を考え、各々の領域内での担体、
即ち電子あるいは正孔のエネルギーが図に示した様にな
るとする。公知のように第１〜第３の多層構造領域２，
３．４においては障壁層６により担体が量子井戸層７に
閉込められる次めにエネルギー準位が離散化し同時に上
昇する。
５の領域から成る構造を考え、各々の領域内での担体、
即ち電子あるいは正孔のエネルギーが図に示した様にな
るとする。公知のように第１〜第３の多層構造領域２，
３．４においては障壁層６により担体が量子井戸層７に
閉込められる次めにエネルギー準位が離散化し同時に上
昇する。
今、第１−第３の多層構造領域の基底量子準位８゜９．
１０は公知のように井戸層７．あるいは障壁層６の厚さ
によって変わる。そこで基底量子準位８と９および９と
１０のエネルギーの差が光学フォノンエネルギーに等し
くなる様に障壁層６、井戸層７の膜厚を決める。今、領
域ｌから第１の多層構造領域２に移動した担体が光学フ
ォノン散乱ヲ受ｆｆると、７オノンエネルギーを失ない
、そのエネルギーは基底量子準位８から９に移る。この
とき担体の存在確率密度の濾ｌＬ？は第１の多層構造領
域２から第２の多層構造領域３へと移る。即ち光学フォ
ノン散乱を受けることにより担体が窒間的に移動する。
１０は公知のように井戸層７．あるいは障壁層６の厚さ
によって変わる。そこで基底量子準位８と９および９と
１０のエネルギーの差が光学フォノンエネルギーに等し
くなる様に障壁層６、井戸層７の膜厚を決める。今、領
域ｌから第１の多層構造領域２に移動した担体が光学フ
ォノン散乱ヲ受ｆｆると、７オノンエネルギーを失ない
、そのエネルギーは基底量子準位８から９に移る。この
とき担体の存在確率密度の濾ｌＬ？は第１の多層構造領
域２から第２の多層構造領域３へと移る。即ち光学フォ
ノン散乱を受けることにより担体が窒間的に移動する。
光学フォノン散乱の頻度は通常のバルク半導体において
約１ ｇ −１３秒に１回程度であるが、この場合の様
に丁度同じエネルギー差を持つ状態がある場合には共鳴
が起きて散乱確率が増加するのでその数倍の値になると
考えられる。
約１ ｇ −１３秒に１回程度であるが、この場合の様
に丁度同じエネルギー差を持つ状態がある場合には共鳴
が起きて散乱確率が増加するのでその数倍の値になると
考えられる。
ここで例えば各多層構造領域の厚さを３００人とし、少
なくとも１０−１３秒に１回の割合で電子あるいは正孔
の移動が起きるとすると、その速度は３Ｘ１０’ｃｂ かけた場合の光学７オノン散乱で決る飽和速度１Ｘ１０
’ｍ／秒をはるかに超える。この原因は以下の通シであ
る。即ち、通常の材料中では電子あるいは正孔が殆ど静
止した状態から加速され、光学フォノンエネルギーを超
えるエネルギーに達すると散乱を受ける。一方、本発明
の材料中では電子あるいは正孔は加速を受けずとも共鳴
が起きるために光学７オノン散乱を受ける。そのため、
加速に要する距離が不用となシ、結果的に速度が増す。
なくとも１０−１３秒に１回の割合で電子あるいは正孔
の移動が起きるとすると、その速度は３Ｘ１０’ｃｂ かけた場合の光学７オノン散乱で決る飽和速度１Ｘ１０
’ｍ／秒をはるかに超える。この原因は以下の通シであ
る。即ち、通常の材料中では電子あるいは正孔が殆ど静
止した状態から加速され、光学フォノンエネルギーを超
えるエネルギーに達すると散乱を受ける。一方、本発明
の材料中では電子あるいは正孔は加速を受けずとも共鳴
が起きるために光学７オノン散乱を受ける。そのため、
加速に要する距離が不用となシ、結果的に速度が増す。
先の速度見積りは１０−１１秒に１回の光学７オノン散
乱を考えているが、共鳴によって散乱頻度が３倍になる
と９ ｘ １０’ ｃｍ／秒の速度が得られる。これは
通常の半導体では得られない値でらる。
乱を考えているが、共鳴によって散乱頻度が３倍になる
と９ ｘ １０’ ｃｍ／秒の速度が得られる。これは
通常の半導体では得られない値でらる。
以下に不発明の実施例を図に基づいて説明する。
実施例１
第１図は本発明の実施例１の伝導帯構造図である。領域
ｌは電子注入層（ＡｔＱ、ｌ Ｑａ ｏ、９Ａｓ ）
２ ＋３．４は各々異なった基底量子準位８．９． １
０を持った第１〜第３の多層構造領域、５はＧａＡ３７
２７７層である。符号６および７はＡＬｕ、ａＧａｏ、
７Ａｓ障壁層およびＧａＡＳｊｉ子井戸層であり、第１
〜第３の多層構造領域の中で各々異った膜厚金持ち、各
多層構造領域間の基底量子準位８，９，１０の差がＧａ
Ａｓ中の光学フォノンエネルギー３６．２ｍｅＶに等し
くなる様な厚さになっている。具体的には。
ｌは電子注入層（ＡｔＱ、ｌ Ｑａ ｏ、９Ａｓ ）
２ ＋３．４は各々異なった基底量子準位８．９． １
０を持った第１〜第３の多層構造領域、５はＧａＡ３７
２７７層である。符号６および７はＡＬｕ、ａＧａｏ、
７Ａｓ障壁層およびＧａＡＳｊｉ子井戸層であり、第１
〜第３の多層構造領域の中で各々異った膜厚金持ち、各
多層構造領域間の基底量子準位８，９，１０の差がＧａ
Ａｓ中の光学フォノンエネルギー３６．２ｍｅＶに等し
くなる様な厚さになっている。具体的には。
第１の多層構造領域２ではＧａＡｓ厚り、＝２９Ａ。
ＡｔＧ ａ Ａ ｓ厚Ｌ ｂ ＝ １４ Ａ 、第２の
多層構造領域３ではＬ ？ ”” ４６人、Ｌｂ＝１４
人、第３の多層構造領域４ではＬ ｗ ＝ ８３ Ａ
−Ｌ ｂ ＝ １４ Ａである。
多層構造領域３ではＬ ？ ”” ４６人、Ｌｂ＝１４
人、第３の多層構造領域４ではＬ ｗ ＝ ８３ Ａ
−Ｌ ｂ ＝ １４ Ａである。
各領域ｒｔ３００Ａ程度の厚さになる様に童子井戸層お
よび障壁層を多層＠層し１合計膜厚が１００ＯＡとなる
様にした。この構造で電子注入／１１の側から元を入射
させて電子を圧入し＆ ＧａＡＳバッファ層５の側から
反射″４Ａを測定して電子の移動による遅延を測定した
。時間分解能５Ｘ１０”１３秒の測定系では分解能以上
の遅延が測定不能であった。即ち、電子の移動速度は少
なくとも２ Ｘ １０’ ｃｍ／秒であり、電子の紀和
速度Ｉ Ｘ ｌ Ｏ’ ｃｍ／秒を超える速度が得らル
ていることが示された。
よび障壁層を多層＠層し１合計膜厚が１００ＯＡとなる
様にした。この構造で電子注入／１１の側から元を入射
させて電子を圧入し＆ ＧａＡＳバッファ層５の側から
反射″４Ａを測定して電子の移動による遅延を測定した
。時間分解能５Ｘ１０”１３秒の測定系では分解能以上
の遅延が測定不能であった。即ち、電子の移動速度は少
なくとも２ Ｘ １０’ ｃｍ／秒であり、電子の紀和
速度Ｉ Ｘ ｌ Ｏ’ ｃｍ／秒を超える速度が得らル
ていることが示された。
実施例２
本発明の実施例２を第２図に示す。第２図において符号
１１はｎ型ＧａＡＳコレクタ層（Ｓｉドープｌ ｘ １
０１７／ｃｍ３） ｌ ２は実施例１ｋ示しｆｃ構造体
のベース層（ＢｅドープＩ Ｘ １０”／ｃｍ３） １
３はＮ型Ａｔａ、２ｓＧａａ、ｒｓ Ａｓエミツタ層、
１４はｎ型ＧａＡ３エミッタキャップ層（Ｓｉドープ５
Ｘ４０”７口３である。１１，１２．１４の各領域に電
気接触をと９各々コレクタ・ペース・エミッタ電極とす
るバイポーラトランジスタ動作を行なわせた。
１１はｎ型ＧａＡＳコレクタ層（Ｓｉドープｌ ｘ １
０１７／ｃｍ３） ｌ ２は実施例１ｋ示しｆｃ構造体
のベース層（ＢｅドープＩ Ｘ １０”／ｃｍ３） １
３はＮ型Ａｔａ、２ｓＧａａ、ｒｓ Ａｓエミツタ層、
１４はｎ型ＧａＡ３エミッタキャップ層（Ｓｉドープ５
Ｘ４０”７口３である。１１，１２．１４の各領域に電
気接触をと９各々コレクタ・ペース・エミッタ電極とす
るバイポーラトランジスタ動作を行なわせた。
ペース領域１２を電子が通過する時間が小さいので高速
動作が可能になり１寸法２Ｘ５μｍの素子において遮断
周波数ｆ丁は８５ＧＨ２となった。
動作が可能になり１寸法２Ｘ５μｍの素子において遮断
周波数ｆ丁は８５ＧＨ２となった。
これはＧａＡＳペースのトランジスタのｆｔ４０ＧＨ２
に比べ約２倍であり、電子のベース走行時間が無視でき
る様になったために高速になるという効果か示された。
に比べ約２倍であり、電子のベース走行時間が無視でき
る様になったために高速になるという効果か示された。
ここに示した実施例はいずれもＧａＡｓとＡＩＧ ａＡ
ｓの組み合わせで構造を作成したが、同様の効果は１
ｎＱａＡｓとＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓとＩｒ１ＡｔＡｓ
、ＩｎＧａＡＳとＩｎＧａＡｔＡｓ、ＧａＡｓとＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＧａＡｓとＩ！ｌＧａＰ、ＧａＡＳとＩｎＧ
ａＡｊＰ、ＧａＡｓと工ｎＡＬＰ。
ｓの組み合わせで構造を作成したが、同様の効果は１
ｎＱａＡｓとＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓとＩｒ１ＡｔＡｓ
、ＩｎＧａＡＳとＩｎＧａＡｔＡｓ、ＧａＡｓとＩｎＧ
ａＡｓＰ、ＧａＡｓとＩ！ｌＧａＰ、ＧａＡＳとＩｎＧ
ａＡｊＰ、ＧａＡｓと工ｎＡＬＰ。
ＧａＳｂとＧａＡｔＡｓＳｂ、ＧａＳｂと工ｎＧａＡＳ
Ｓｂ等の格子定数を一致させることの可能な組み合わせ
のみでな（ＧａＡｓとＧａＡＳＰ、ＧａＡＳと工ｎＱａ
ＡｓｔＧａＡＳとＩｒ１ＡｔＡＳや元に挙げた組み会わ
せのうち格子定数が一致しない場合においても得ること
が出来る。
Ｓｂ等の格子定数を一致させることの可能な組み合わせ
のみでな（ＧａＡｓとＧａＡＳＰ、ＧａＡＳと工ｎＱａ
ＡｓｔＧａＡＳとＩｒ１ＡｔＡＳや元に挙げた組み会わ
せのうち格子定数が一致しない場合においても得ること
が出来る。
又、先に挙げた実施例中の膜厚・ドーピング濃度も唯一
のものではない。量子井戸層の膜厚については、光学フ
ォノンエネルギーと隣り甘う領域のエネルギー差が等し
くなる様な膜厚はＧａＡＳとＡｔＧａＡｓの組み合わせ
についても他にも選ぶことが可能であるし、材料が異な
れば光学フォノンエネルギーも異なるので当然膜厚は異
なってくる。
のものではない。量子井戸層の膜厚については、光学フ
ォノンエネルギーと隣り甘う領域のエネルギー差が等し
くなる様な膜厚はＧａＡＳとＡｔＧａＡｓの組み合わせ
についても他にも選ぶことが可能であるし、材料が異な
れば光学フォノンエネルギーも異なるので当然膜厚は異
なってくる。
爽にドーピング濃度については材料定数１例えばバンド
エネルギーを極端に変化させない範囲、即ちおよそ５
Ｘ １０”／ｃｍ’以下の範囲で選ぶことができる。
エネルギーを極端に変化させない範囲、即ちおよそ５
Ｘ １０”／ｃｍ’以下の範囲で選ぶことができる。
又、実施例では電子を移動させる場合について示したが
、正孔についても同樺な効果が得られるのは勿論のこと
である。
、正孔についても同樺な効果が得られるのは勿論のこと
である。
又、ここでは各領域が量子井戸層を含む様な実施例を示
したが、領域内に量子井戸層が無くとも基底準位のエネ
ルギー差が光学７才ノンエネルギー分だけ異なるように
混晶比を変えた材料同士を隣接させて多層化しても同様
の効果がある。但しこの場合には電子の存在確率の分布
が量子井戸層を用いた場合と異なるために各領域の厚さ
に制限があり、それぞれおよそ５００Ａ以下の場合にの
み効果が顕著である。
したが、領域内に量子井戸層が無くとも基底準位のエネ
ルギー差が光学７才ノンエネルギー分だけ異なるように
混晶比を変えた材料同士を隣接させて多層化しても同様
の効果がある。但しこの場合には電子の存在確率の分布
が量子井戸層を用いた場合と異なるために各領域の厚さ
に制限があり、それぞれおよそ５００Ａ以下の場合にの
み効果が顕著である。
本発明によれは半導体構造中で担体をその飽和速度以上
の速度で移動させることができるので。
の速度で移動させることができるので。
これを用いれば従来の限界を超えた高速の素子を実現さ
せることができる。
せることができる。
第１図は本ｘＡ明の夷Ｍ例１の伝導帯構造図、第２図は
実施例１の構造体をバイポーラトランジスタに応用した
実施例２のバンド構造図である。 ｌ・・・Ａｔｏ、ｔＧａα９ＡＳ電子注入層、２・・・
第１の多層構造領域、３・・・第２の多層構造領域、４
・・・第３の多層構造領域、５・・・ＱａＡｓバッファ
ノー、６・・・ＡｔＧａＡｓ障壁層％７ ・ＧａＡＳｆ
子井戸層、８ ・、ｉｌの多層構造領域の基底量子準位
、９・・・第２の多層構造領域の基底量子準位、ｌＯ・
・・第３の多層構造領域の基底量子準位、１１・・・ｎ
−ＧａＡＳコレクタ）ｔｉ、１２・・・多層構造ベース
層、１３・・・０−Ａｔ（Ｌ２５ Ｇａ ａ、ｔ ｓ
Ａｓ Ｚミッタ層、１４・・・ｎＧａＡＳエミッタキャ
ップ層。 代理人 弁理士 小川勝男 （パ′ 昭 ｌ 因 塙 ２１！１
実施例１の構造体をバイポーラトランジスタに応用した
実施例２のバンド構造図である。 ｌ・・・Ａｔｏ、ｔＧａα９ＡＳ電子注入層、２・・・
第１の多層構造領域、３・・・第２の多層構造領域、４
・・・第３の多層構造領域、５・・・ＱａＡｓバッファ
ノー、６・・・ＡｔＧａＡｓ障壁層％７ ・ＧａＡＳｆ
子井戸層、８ ・、ｉｌの多層構造領域の基底量子準位
、９・・・第２の多層構造領域の基底量子準位、ｌＯ・
・・第３の多層構造領域の基底量子準位、１１・・・ｎ
−ＧａＡＳコレクタ）ｔｉ、１２・・・多層構造ベース
層、１３・・・０−Ａｔ（Ｌ２５ Ｇａ ａ、ｔ ｓ
Ａｓ Ｚミッタ層、１４・・・ｎＧａＡＳエミッタキャ
ップ層。 代理人 弁理士 小川勝男 （パ′ 昭 ｌ 因 塙 ２１！１
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、２つ以上の領域からなる半導体多層膜構造において
、各々の領域で多層膜の周期が異なることを特徴とする
半導体構造。 ２、２つ以上の領域からなる半導体多層膜構造において
、隣り合う領域間の許容エネルギー帯の底がその材料中
における光学フォノンエネルギーと一致することを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の半導体構造。 ３、２つ以上の領域からなる半導体多層膜構造において
、各領域に少くとも１つの量子井戸層を含みかつその量
子井戸中の許容エネルギー準位の隣り合う領域間での差
が材料中の光学フォノンエネルギーと一致することを特
徴とする特許請求の範囲第１項記載の半導体構造。 ４、上記半導体構造がトランジスタのベース層、あるい
はコレクタ層として用いられてなることを特徴とする特
許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかに記載の半導体
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318818A JP2776819B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62318818A JP2776819B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01161862A true JPH01161862A (ja) | 1989-06-26 |
| JP2776819B2 JP2776819B2 (ja) | 1998-07-16 |
Family
ID=18103290
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62318818A Expired - Fee Related JP2776819B2 (ja) | 1987-12-18 | 1987-12-18 | 半導体構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2776819B2 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52105785A (en) * | 1976-02-27 | 1977-09-05 | Max Planck Gesellschaft | Multiilayer semiconductor element |
| JPS62211948A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-17 | Fujitsu Ltd | ヘテロ接合半導体装置 |
-
1987
- 1987-12-18 JP JP62318818A patent/JP2776819B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52105785A (en) * | 1976-02-27 | 1977-09-05 | Max Planck Gesellschaft | Multiilayer semiconductor element |
| JPS62211948A (ja) * | 1986-03-13 | 1987-09-17 | Fujitsu Ltd | ヘテロ接合半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2776819B2 (ja) | 1998-07-16 |
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