JPH01251661A - 高速トランジスタ - Google Patents
高速トランジスタInfo
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- JPH01251661A JPH01251661A JP7945888A JP7945888A JPH01251661A JP H01251661 A JPH01251661 A JP H01251661A JP 7945888 A JP7945888 A JP 7945888A JP 7945888 A JP7945888 A JP 7945888A JP H01251661 A JPH01251661 A JP H01251661A
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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〕
本発明は高速トランジスタに関し、特に共鳴トンネル効
果を利用した高速トランジスタに関する。
果を利用した高速トランジスタに関する。
共鳴トンネル効果は電子の通過に要する遅延時間が著し
く短く、かつ顕著な微分負性抵抗特性を示すことから、
超高速・新機能素子への応用が極めて有望であり各所で
研究開発が活発に行われるようになった。
く短く、かつ顕著な微分負性抵抗特性を示すことから、
超高速・新機能素子への応用が極めて有望であり各所で
研究開発が活発に行われるようになった。
第６図および第７図はそれぞれ従来技術による共鳴トン
ネル・バイポーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）の−例を示
す素子断面図およびそのコレクタ電流対ベース・エミッ
タ間電圧特性図で１例えば二本らによりジャパン・ジャ
ーナル・オプ・アプライド・フィジイクス（Ｊｐｎ、Ｊ
、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、）、第２６巻、Ｌ１３１頁、１
９８７年に報告されているものである。この共鳴トンネ
ル・バイポーラ・トランジスタ（以下ＲＢＴという）に
は、通常（１００）結晶面の基板が使用され、第６図が
示すように、例えば（１００）Ｎ” ＧａＡｓ基板１上
にノンドーフＧａＡｓ量子井戸層２およびノンドープＡ
ｌＡｓポンテンシャル・バリア層３ａ。
ネル・バイポーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）の−例を示
す素子断面図およびそのコレクタ電流対ベース・エミッ
タ間電圧特性図で１例えば二本らによりジャパン・ジャ
ーナル・オプ・アプライド・フィジイクス（Ｊｐｎ、Ｊ
、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ、）、第２６巻、Ｌ１３１頁、１
９８７年に報告されているものである。この共鳴トンネ
ル・バイポーラ・トランジスタ（以下ＲＢＴという）に
は、通常（１００）結晶面の基板が使用され、第６図が
示すように、例えば（１００）Ｎ” ＧａＡｓ基板１上
にノンドーフＧａＡｓ量子井戸層２およびノンドープＡ
ｌＡｓポンテンシャル・バリア層３ａ。
３ｂのサンドイッチ構造がら成る超格子層と、Ｐ” Ｇ
ａＡｓベース層４と、Ｎ型ＡＩｙＧａｔ−ｙＡｓグレー
ディング・エミッタ層５と、Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層６
とを形成して成る。ここで、７はＮ” ＧａＡｓエミッ
タ・コンタクト層、１０゜１１および１２はそれぞれエ
ミッタ、ベースおよびコレクタの各オーミック電極であ
る。
ａＡｓベース層４と、Ｎ型ＡＩｙＧａｔ−ｙＡｓグレー
ディング・エミッタ層５と、Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層６
とを形成して成る。ここで、７はＮ” ＧａＡｓエミッ
タ・コンタクト層、１０゜１１および１２はそれぞれエ
ミッタ、ベースおよびコレクタの各オーミック電極であ
る。
このＲＢＴはヘテロ・バイポーラ・トランジスタ（ＨＢ
Ｔ）のエミッタ・ベース間に共鳴トンネル・バリアを設
けたもので、共鳴トンネル効果によって注入された電子
がベース層中を超高速で走行することにより、第７図が
示すようにコレクタ電流対ベース・エミッタ間電圧特性
に微分負性抵抗が現われる高速トランジスタである。特
にバイポーラ・トランジスタ構造のため高い電流利得が
保証されており、また、共鳴トンネル効果に基づく微分
負性抵抗特性が、室温において実現しうるので極めて有
能な機能素子として動作する。したがって、ＲＢ、Ｔの
素子性能の改善は、この室温における共鳴トンネル効果
を如何にして顕著に且つ効果的に実現するかの一点にか
かつている。
Ｔ）のエミッタ・ベース間に共鳴トンネル・バリアを設
けたもので、共鳴トンネル効果によって注入された電子
がベース層中を超高速で走行することにより、第７図が
示すようにコレクタ電流対ベース・エミッタ間電圧特性
に微分負性抵抗が現われる高速トランジスタである。特
にバイポーラ・トランジスタ構造のため高い電流利得が
保証されており、また、共鳴トンネル効果に基づく微分
負性抵抗特性が、室温において実現しうるので極めて有
能な機能素子として動作する。したがって、ＲＢ、Ｔの
素子性能の改善は、この室温における共鳴トンネル効果
を如何にして顕著に且つ効果的に実現するかの一点にか
かつている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、共鳴トンネル効果の顕著さを示す性能指数と
しては、負性抵抗特性における山（ピーク）電流値と谷
（ヴアレー）電流値の比すなわちピーク対ヴアレー比が
よく用いられる。一般にＲＢＴを論理ゲートやメモリー
に応用する場合には、充分なノイズ・マージンを確保す
る必要上ピーク対ヴアレー比が１０以上のＲＢＴが要求
される。従って、ヴアレー電流は極力小さな値に抑え込
まれなければならない。ヴアレー電流の要因の一つとし
てはバリアを乗り越える熱電子電流成分が考えられるな
め、従来、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ＲＢＴでは伝導帯
オフセットすなわちバリア高さの大きいＡｌＡｓを、第
６図が示すようにバリア層３ａ、３ｂとして導入するこ
とによってヴアレー電流の低減が図られて来た。以下、
これらの事情を伝導帯のエネルギー・バンド図を用いて
説明する。
しては、負性抵抗特性における山（ピーク）電流値と谷
（ヴアレー）電流値の比すなわちピーク対ヴアレー比が
よく用いられる。一般にＲＢＴを論理ゲートやメモリー
に応用する場合には、充分なノイズ・マージンを確保す
る必要上ピーク対ヴアレー比が１０以上のＲＢＴが要求
される。従って、ヴアレー電流は極力小さな値に抑え込
まれなければならない。ヴアレー電流の要因の一つとし
てはバリアを乗り越える熱電子電流成分が考えられるな
め、従来、ＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系ＲＢＴでは伝導帯
オフセットすなわちバリア高さの大きいＡｌＡｓを、第
６図が示すようにバリア層３ａ、３ｂとして導入するこ
とによってヴアレー電流の低減が図られて来た。以下、
これらの事情を伝導帯のエネルギー・バンド図を用いて
説明する。
第８図および第９図はそれぞれ上記従来共鳴トンネル・
バイポーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）のＧａＡｓ量子井
戸層／ Ａ Ｉ Ａ ｓバリア層におけるエネルギー・
バンド構造図および実空間における伝導帯プロフィル図
を示す。ここで、第８図の縦軸はＧａＡｓ量子井戸層２
およびＡｌＡｓバリア層３ａのそれぞれＦ点およびＸ点
におけるエネルギー準位を、また、横軸はヘテロ界面に
垂直な方向（すなわち、基板の（１００）結晶面の方向
）の波数ベクトルをそれぞれ示しており、更に、第９図
の実線Ｅｃｒおよび破線ＥｃｘはＮ−Ａ １ｙＧａ ）
−ｙＡｓエミッタ層５、ノンドープＡｌＡｓポテンシャ
ル・バリア層３ａ、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層２、
ノンドープＡｌＡｓポテンシャル・バリア層３ｂ、Ｐ−
ＧａＡｓベース層４およびＮ−ＧａＡｓコレクタ層６の
ｒ点およびＸ点における伝導帯の下端をそれぞれ示して
いる。第８図から明らかなように、バリア層３ａ、３ｂ
を形成するＡ Ｉ Ａ ｓ Ｍ ｒ’点はＧａＡｓ量子
井戸層の伝導帯に対して１．０４ｅＶものポテンシャル
・バリアを形成するため、バリア層３ａ、３ｂの通常の
トンネル効果でｒ” ＧａＡａ→ｒ’ＡｌＡｍ→「。ａ
Ａｍという経路で通過するヴアレー電流成分はほとんど
遮断されてしまうと考えられ、実際、谷間遷移を無視し
た理論計算からはヴアレー電流はピーク電流に対してき
わめて小さく、ピーク対ヴアレー比は１００以上の値が
期待される。しかしながら、実際に作成されたＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ、ＲＢＴでは、第７図の微分負性抵抗特性が
示すようにヴアレー電流が大きく、ピーク対ヴアレー比
は７７Ｋにおいて１゜７と極め°（小さい。このヴアレ
ー電流の大きさはＦ点だけを考えたときの熱電子流だけ
では全く説明できない。この異常に大きいヴアレー電流
の原因は、ＡｌＡｓ層の伝導帯下端がｒ谷と異なる間接
遷移形半導体となっていることに起因するもので、Ｇａ
Ａｓ量子井戸層中でｒ谷に存在した電子の一部がＡｌＡ
ｓバリア中で量子力学的効果によって、よりエネルギー
の低い別の谷へ遷移（カップリング）するためであるこ
とが最近明からになった。このことは安藤が゛″マイク
ロスドラクチヤ超高速・電子現象の接点′°（１９８７
年１０月３０日）において報告し、さらにマーシュ（Ｍ
ａｒｓｈ ）によりアイ・トリプル・イー、ジャーナル
・オブ・クオントアム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ
Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 ）第ＱＥ−
２３巻、第７４号、３７１頁−３７６頁、１９８７年に
おいて同様な解析が行われた。このように、ＡｌＡｓバ
リア層の伝導帯下端が「谷と異なる間接遷移形半導体と
なると、ヘテロ接合面が（１００）面に平行に形成され
ている従来構造のＲＢＴでは［１００］方向に電子が加
速されるため、ＡｌＡｓバリア層中の電子はＸ点（１０
０）とカップリングし易くなり、通常のｒ’ ＧａＡｓ
→ｒ ＡｌＡ１→ｒ’ ＧａＡｍの他に「。ａＡｍ→Ｘ
ＡｌＡｓ→「ＧａＡｍという経路が可能になる。第９図
の伝導帯ダイヤグラムには、このＸにおける伝導帯の下
端Ｅｃｘが点線で書き込まれているが、これから分るよ
うにＡｌＡｓバリア層においてＸ点は伝導帯の最低点を
形成する。この伝導帯の最低点を形成するＡｌＡｓバリ
ア層中のＸ点の、Ｇ ａ Ａ ｓ量子井戸層の伝導帯に
対するバリアのエネルギー準位は、第８図を参照して明
らかなように０．１８ｅＶと、Ｌ点の１．０４ｅＶと比
較して極めて低くなってしまう。このＡｌＡｓバリア層
中のＸ点の低いバリア高さがヴアレー電流の増大の原因
である。従来、ヴアレー電流が大きく充分なピーク対ヴ
アレー比が得られないことが論理ゲート分野等へのＲＢ
Ｔの応用を困難なものとしていた。したがって、ＲＢＴ
におけるヴアレー電浦を低減しより良好なピーク対ヴア
レー比を実現するなめには、障害となるこの量子力学的
谷間遷移を小さくする必要がある。
バイポーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）のＧａＡｓ量子井
戸層／ Ａ Ｉ Ａ ｓバリア層におけるエネルギー・
バンド構造図および実空間における伝導帯プロフィル図
を示す。ここで、第８図の縦軸はＧａＡｓ量子井戸層２
およびＡｌＡｓバリア層３ａのそれぞれＦ点およびＸ点
におけるエネルギー準位を、また、横軸はヘテロ界面に
垂直な方向（すなわち、基板の（１００）結晶面の方向
）の波数ベクトルをそれぞれ示しており、更に、第９図
の実線Ｅｃｒおよび破線ＥｃｘはＮ−Ａ １ｙＧａ ）
−ｙＡｓエミッタ層５、ノンドープＡｌＡｓポテンシャ
ル・バリア層３ａ、ノンドープＧａＡｓ量子井戸層２、
ノンドープＡｌＡｓポテンシャル・バリア層３ｂ、Ｐ−
ＧａＡｓベース層４およびＮ−ＧａＡｓコレクタ層６の
ｒ点およびＸ点における伝導帯の下端をそれぞれ示して
いる。第８図から明らかなように、バリア層３ａ、３ｂ
を形成するＡ Ｉ Ａ ｓ Ｍ ｒ’点はＧａＡｓ量子
井戸層の伝導帯に対して１．０４ｅＶものポテンシャル
・バリアを形成するため、バリア層３ａ、３ｂの通常の
トンネル効果でｒ” ＧａＡａ→ｒ’ＡｌＡｍ→「。ａ
Ａｍという経路で通過するヴアレー電流成分はほとんど
遮断されてしまうと考えられ、実際、谷間遷移を無視し
た理論計算からはヴアレー電流はピーク電流に対してき
わめて小さく、ピーク対ヴアレー比は１００以上の値が
期待される。しかしながら、実際に作成されたＧａＡｓ
／ＡｌＡｓ、ＲＢＴでは、第７図の微分負性抵抗特性が
示すようにヴアレー電流が大きく、ピーク対ヴアレー比
は７７Ｋにおいて１゜７と極め°（小さい。このヴアレ
ー電流の大きさはＦ点だけを考えたときの熱電子流だけ
では全く説明できない。この異常に大きいヴアレー電流
の原因は、ＡｌＡｓ層の伝導帯下端がｒ谷と異なる間接
遷移形半導体となっていることに起因するもので、Ｇａ
Ａｓ量子井戸層中でｒ谷に存在した電子の一部がＡｌＡ
ｓバリア中で量子力学的効果によって、よりエネルギー
の低い別の谷へ遷移（カップリング）するためであるこ
とが最近明からになった。このことは安藤が゛″マイク
ロスドラクチヤ超高速・電子現象の接点′°（１９８７
年１０月３０日）において報告し、さらにマーシュ（Ｍ
ａｒｓｈ ）によりアイ・トリプル・イー、ジャーナル
・オブ・クオントアム・エレクトロニクス（ＩＥＥＥ
Ｊ、Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、 ）第ＱＥ−
２３巻、第７４号、３７１頁−３７６頁、１９８７年に
おいて同様な解析が行われた。このように、ＡｌＡｓバ
リア層の伝導帯下端が「谷と異なる間接遷移形半導体と
なると、ヘテロ接合面が（１００）面に平行に形成され
ている従来構造のＲＢＴでは［１００］方向に電子が加
速されるため、ＡｌＡｓバリア層中の電子はＸ点（１０
０）とカップリングし易くなり、通常のｒ’ ＧａＡｓ
→ｒ ＡｌＡ１→ｒ’ ＧａＡｍの他に「。ａＡｍ→Ｘ
ＡｌＡｓ→「ＧａＡｍという経路が可能になる。第９図
の伝導帯ダイヤグラムには、このＸにおける伝導帯の下
端Ｅｃｘが点線で書き込まれているが、これから分るよ
うにＡｌＡｓバリア層においてＸ点は伝導帯の最低点を
形成する。この伝導帯の最低点を形成するＡｌＡｓバリ
ア層中のＸ点の、Ｇ ａ Ａ ｓ量子井戸層の伝導帯に
対するバリアのエネルギー準位は、第８図を参照して明
らかなように０．１８ｅＶと、Ｌ点の１．０４ｅＶと比
較して極めて低くなってしまう。このＡｌＡｓバリア層
中のＸ点の低いバリア高さがヴアレー電流の増大の原因
である。従来、ヴアレー電流が大きく充分なピーク対ヴ
アレー比が得られないことが論理ゲート分野等へのＲＢ
Ｔの応用を困難なものとしていた。したがって、ＲＢＴ
におけるヴアレー電浦を低減しより良好なピーク対ヴア
レー比を実現するなめには、障害となるこの量子力学的
谷間遷移を小さくする必要がある。
このことは、ＲＢＴに限らず、共鳴トンネル効果を利用
した共鳴トンネル・ホットエレクトロン・トランジスタ
（ＲＨＥＴ）および共鳴トンネル・電界効果トランジス
タ（Ｒ−ＦＥＴ）についても同じである。
した共鳴トンネル・ホットエレクトロン・トランジスタ
（ＲＨＥＴ）および共鳴トンネル・電界効果トランジス
タ（Ｒ−ＦＥＴ）についても同じである。
本発明の目的は、上記の情況に鑑み、バリア層中におけ
る谷間カップリングを小さくし、室温においても顕著な
ピーク対ヴアレー比を形成する共鳴トンネル効果を利用
した高速トランジスタを提供することである。
る谷間カップリングを小さくし、室温においても顕著な
ピーク対ヴアレー比を形成する共鳴トンネル効果を利用
した高速トランジスタを提供することである。
本発明によれば、高速トランジスタは、（１１１）結晶
面を有する化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板
上にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ （０、４５≦ｘ≦１）から
成るポテンシャル・バリア層を少くともエミッタ層と量
子井戸層間に備え全てのヘテロ接合面を前記化合物半導
体基板の（１１１）面と平行方向に設定して形成される
共鳴トンネル効果トランジスタとを含んで構成される。
面を有する化合物半導体基板と、前記化合物半導体基板
上にＡｌｘＧａ１−ｘＡｓ （０、４５≦ｘ≦１）から
成るポテンシャル・バリア層を少くともエミッタ層と量
子井戸層間に備え全てのヘテロ接合面を前記化合物半導
体基板の（１１１）面と平行方向に設定して形成される
共鳴トンネル効果トランジスタとを含んで構成される。
本発明によれば、基板材に（１１１）結晶基板が使用さ
れ、全てのヘテロ接合面が（１１１）面と平行方向に形
成されることにより、ＧａＡｓ量子井戸層内で「谷に存
在した電子は間接遷移型ＡｌＧａＡｓバリア層に入った
際り谷［１／２１、／２ １／２］との量子力学的カッ
プリングを受けるようになる。すなわち、ＡｌＧａＡｓ
バリア層は従来のエネルギー準位の低いＸ点に代わって
これより２倍も高いＬ点で伝導帯の最低点を形成し得る
ようになる。従って、ハイレベルのｒ’ ＧａＡｓ
Ｌ ＡｌＡｓ ｒ’ ＧａＡｓのカップリング経路が
形成されるので、量子力学的谷間遷移効果は顕著に抑圧
される。
れ、全てのヘテロ接合面が（１１１）面と平行方向に形
成されることにより、ＧａＡｓ量子井戸層内で「谷に存
在した電子は間接遷移型ＡｌＧａＡｓバリア層に入った
際り谷［１／２１、／２ １／２］との量子力学的カッ
プリングを受けるようになる。すなわち、ＡｌＧａＡｓ
バリア層は従来のエネルギー準位の低いＸ点に代わって
これより２倍も高いＬ点で伝導帯の最低点を形成し得る
ようになる。従って、ハイレベルのｒ’ ＧａＡｓ
Ｌ ＡｌＡｓ ｒ’ ＧａＡｓのカップリング経路が
形成されるので、量子力学的谷間遷移効果は顕著に抑圧
される。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。
第１図および第２図はそれぞれ本発明を共鳴トンネル・
バイポーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）に実施した場合の
一実施例を示す断面構造図およびそれに対応する伝導帯
プロフィル図である。本実施例によれば、高速トランジ
スタは、（１１１）Ｎ” ＧａＡｓ基板１１と、基板１
１上に形成されたノンドープＧａＡｓ量子井戸層１２お
よびノンドープＡ ｌ ｘＧａ １−ｘＡＳポテンシャ
ル・バリア層（０，４５≦ｘ≦１）１３ａ、１３ｂとが
ら成る超格子層と、Ｐ＋ＧａＡｓベース層１４と、Ｎ形
ＡＩｙＧａｔ−ｙＡｓ （０≦ｙ≦ｘ）グレーディング
・エミッタ層１５およびＮ型ＧａＡｓコレクタ層１６と
を含む、ここで、１７，１８．１９および２０はそれぞ
れＮ型ＧａＡｓエミッタ・コンタクト層。
バイポーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）に実施した場合の
一実施例を示す断面構造図およびそれに対応する伝導帯
プロフィル図である。本実施例によれば、高速トランジ
スタは、（１１１）Ｎ” ＧａＡｓ基板１１と、基板１
１上に形成されたノンドープＧａＡｓ量子井戸層１２お
よびノンドープＡ ｌ ｘＧａ １−ｘＡＳポテンシャ
ル・バリア層（０，４５≦ｘ≦１）１３ａ、１３ｂとが
ら成る超格子層と、Ｐ＋ＧａＡｓベース層１４と、Ｎ形
ＡＩｙＧａｔ−ｙＡｓ （０≦ｙ≦ｘ）グレーディング
・エミッタ層１５およびＮ型ＧａＡｓコレクタ層１６と
を含む、ここで、１７，１８．１９および２０はそれぞ
れＮ型ＧａＡｓエミッタ・コンタクト層。
エミッタ、ベースおよびコレクタの各オーミック電極で
ある。
ある。
上記実施例から明らかなように、本発明によれば、素子
を形成する基板には従来の（１００）結晶基板に代わり
（１１１）結晶基板が使用され、（１１１）面に平行な
方向に各ヘテロ界面が形成される。このときＧａＡｓ量
子井戸層１２中でｒ谷に存在した電子は、間接遷移型Ａ
ｌＧａＡｓバリア層１３ａに入るとＬ谷［１／２ １／
２１／２］との量子力学的カップリングを受ける。
を形成する基板には従来の（１００）結晶基板に代わり
（１１１）結晶基板が使用され、（１１１）面に平行な
方向に各ヘテロ界面が形成される。このときＧａＡｓ量
子井戸層１２中でｒ谷に存在した電子は、間接遷移型Ａ
ｌＧａＡｓバリア層１３ａに入るとＬ谷［１／２ １／
２１／２］との量子力学的カップリングを受ける。
第３図は上記実施例のＧａＡｓ量子井戸層／ＡｌＡｓバ
リア層におけるエネルギー・バンド構造図を示しており
、特にＸ＝１とした場合のノンドープＡｌｘ１−ｘＡｓ
ポテンシャル・バリア層、すなわち、ＡｌＡｓ層中のＬ
点はＧａＡｓ量子井戸層１２の伝導帯に対して０．３７
ｅＶのバリアを形成する。この０．３７ｅＶというバリ
ア高さは従来技術のＲＢＴにおけるＸ点の０．１８ｅＶ
の約２倍であり、谷間カップリングを伴うトンネル電流
は大幅に抑制される。すなわち、コレクタ電流対ベース
・エミッタ間電圧特性におけるヴアレー電流は極めて小
さくなり、その結果、室温においても極めて良好なピー
ク対ヴアレー比を有する高速トランジスタが実現し得る
ようになる。
リア層におけるエネルギー・バンド構造図を示しており
、特にＸ＝１とした場合のノンドープＡｌｘ１−ｘＡｓ
ポテンシャル・バリア層、すなわち、ＡｌＡｓ層中のＬ
点はＧａＡｓ量子井戸層１２の伝導帯に対して０．３７
ｅＶのバリアを形成する。この０．３７ｅＶというバリ
ア高さは従来技術のＲＢＴにおけるＸ点の０．１８ｅＶ
の約２倍であり、谷間カップリングを伴うトンネル電流
は大幅に抑制される。すなわち、コレクタ電流対ベース
・エミッタ間電圧特性におけるヴアレー電流は極めて小
さくなり、その結果、室温においても極めて良好なピー
ク対ヴアレー比を有する高速トランジスタが実現し得る
ようになる。
第４図は上記実施例のコレクタ電流対ベース・エミッタ
間電圧特性を従来特性と対比させて示した図である。こ
こで、実線Ａは上記実施例による改善された微分負性抵
抗特性を示し、破線Ｂは従来例による微分負性抵抗特性
をそれぞれ示している。
間電圧特性を従来特性と対比させて示した図である。こ
こで、実線Ａは上記実施例による改善された微分負性抵
抗特性を示し、破線Ｂは従来例による微分負性抵抗特性
をそれぞれ示している。
第５図は本発明を共鳴トンネル・バイポーラトランジス
タに実施した場合の他の実施例を示す断面構造図である
０本実施例によれば、基板材には（１１１）Ｎ”ＩｎＰ
基板２１が使用される。ここで、２２はノンドープＩｎ
ＧａＡｓ量子井戸層、２３ａ、２３ｂはＡ Ｉ ｘＧａ
、−ｘＡｓポテンシャル・バリア層（０，４５＜ｘ≦
１）、２４はＰ” Ｉ ｎＧａＡｓベース層、２５はＮ
形Ｉｎ（ＡＩＧａ）Ａｓグレーディング・エミッタ層、
２６はＮ形Ｉ ｎＧａＡｓコレクタ層、２７はＮ＋Ｉ
ｎＧａＡｓエミッタ・コンタクト層である。
タに実施した場合の他の実施例を示す断面構造図である
０本実施例によれば、基板材には（１１１）Ｎ”ＩｎＰ
基板２１が使用される。ここで、２２はノンドープＩｎ
ＧａＡｓ量子井戸層、２３ａ、２３ｂはＡ Ｉ ｘＧａ
、−ｘＡｓポテンシャル・バリア層（０，４５＜ｘ≦
１）、２４はＰ” Ｉ ｎＧａＡｓベース層、２５はＮ
形Ｉｎ（ＡＩＧａ）Ａｓグレーディング・エミッタ層、
２６はＮ形Ｉ ｎＧａＡｓコレクタ層、２７はＮ＋Ｉ
ｎＧａＡｓエミッタ・コンタクト層である。
本実施例におけるＩ ｎＧａＡｓ層２２，２４゜２６お
よび２７はＩｎＰ基板２１と格子整合するように組成比
が選ばれている。他方Ａ Ｉ ＧａＡｓ層２３ａ、２３
ｂとＩ ｎＧａＡｓ層２２とは格子定数が異なるが、Ａ
ｌＧａＡｓバリア層２３ａ。
よび２７はＩｎＰ基板２１と格子整合するように組成比
が選ばれている。他方Ａ Ｉ ＧａＡｓ層２３ａ、２３
ｂとＩ ｎＧａＡｓ層２２とは格子定数が異なるが、Ａ
ｌＧａＡｓバリア層２３ａ。
２３ｂの厚みを３０人程度とミスフィツト転位が形成さ
れる臨界膜厚く約１００Ａ）以下にすることによって、
弾性歪みが格子不整を緩和する歪み格子層となり良好な
界面が形成される。
れる臨界膜厚く約１００Ａ）以下にすることによって、
弾性歪みが格子不整を緩和する歪み格子層となり良好な
界面が形成される。
Ｉ ｎＧａＡｓ／ＡｌＧａＡｓ系歪格子共鳴トンネル・
バリアはＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ
系と比較してバリアが高いためヴアレー電流が抑制でき
る材料系である。従って、本実施例によれば谷間遷移に
伴うヴアレー電流を更に減少でき、室温において更に良
好なピーク・ヴアレー比が得られる。更に、Ｉ ｎＧａ
Ａｓは電子の移動度が大きく１０１９ｃｍ−’程度の高
ドーピングが容易に行なえるためエミッタ抵抗を充分低
減できる他、Ｇａ’Ａｓと比較してｒ−Ｌエネルギー・
ギャップが大きい（約０．５５ ｅＶ）ので、谷間散乱
の確率が小さくコレクタ中を準バリステイクに走行する
電子の割合が増えコレクタ走行時間が短縮される効果も
ある。
バリアはＧ ａ Ａ ｓ ／ Ａ Ｉ Ｇ ａ Ａ ｓ
系と比較してバリアが高いためヴアレー電流が抑制でき
る材料系である。従って、本実施例によれば谷間遷移に
伴うヴアレー電流を更に減少でき、室温において更に良
好なピーク・ヴアレー比が得られる。更に、Ｉ ｎＧａ
Ａｓは電子の移動度が大きく１０１９ｃｍ−’程度の高
ドーピングが容易に行なえるためエミッタ抵抗を充分低
減できる他、Ｇａ’Ａｓと比較してｒ−Ｌエネルギー・
ギャップが大きい（約０．５５ ｅＶ）ので、谷間散乱
の確率が小さくコレクタ中を準バリステイクに走行する
電子の割合が増えコレクタ走行時間が短縮される効果も
ある。
以上の説明では本発明をＲＢＴ＆こ実施した場合を例に
とったが、ＲＢＴに限ることなく、共鳴トンネル・バリ
アをエミッタ側バリアとして設けたホットエレクトロン
・トランジスタ（ＲＨＥＴ）または同じく共鳴トンク・
ル・バリアをソース側に設けた電界効果トランジスタ（
Ｒ−ＦＥＴ）等にも実施することが勿論可能である。
とったが、ＲＢＴに限ることなく、共鳴トンネル・バリ
アをエミッタ側バリアとして設けたホットエレクトロン
・トランジスタ（ＲＨＥＴ）または同じく共鳴トンク・
ル・バリアをソース側に設けた電界効果トランジスタ（
Ｒ−ＦＥＴ）等にも実施することが勿論可能である。
以上詳細な説明から明からなように、本発明によれば、
室温においてもヴアレー電流の小さい極めて良好な共鳴
トンネル効果で作動する高速トランジスタが実現できる
ので、今後の通信・情報技術に寄与するところがきわめ
て大である。
室温においてもヴアレー電流の小さい極めて良好な共鳴
トンネル効果で作動する高速トランジスタが実現できる
ので、今後の通信・情報技術に寄与するところがきわめ
て大である。
第１図および第２図はそれぞれ本発明を共鳴トンネル・
バイポーラトランジスタ（ＲＢＴ）に実施した場合の一
実施例を示す断面構造図およびその伝導帯プロフィル図
、第３図は上記実施例のＧａＡｓ量子井戸層／ Ａ Ｉ
Ａ ｓバリア層におけるエネルギー・バンド構造図、
第４図は上記実施例のコレクタ電流対ベース・エミッタ
電圧特性を従来特性と対比させて示した図、第５図は本
発明を共鳴トンネル・バイポーラ・トランジスタ（ＲＢ
Ｔ）に実施した場合の他の実施例を示す断面構造図、第
６図および第７図はそれぞれ従来技術による共鳴トンネ
ル・バイポーラ・トランジスタの断面構造図およびその
コレクタ電流対ベース・エミッタ間電圧特性図、第８図
および第９図はそれぞれ上記従来共鳴トンネル・バイポ
ーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）のＧａＡｓ量子井戸層／
ＡｌＡｓバリア層におけるエネルギー・バンド構造図お
よび実空間における伝導帯プロフィル図である。 １１− （１１１）Ｎ” ＧａＡｓ基板、１２・・・ノ
ンドープＧａＡｓ量子井戸層、１３ａ、１３ｂ。 ２３ａ、２３ｂ−ノンドープＡｌＧａＡｓバリア層、１
４ 、２４−・−Ｐ ” Ｇ ａ Ａ ｓベース層、１
５゜２５・・・Ｎ型ＡｌＧａＡｓグレーディング・エミ
ッタ層、１６．２６−Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層、１７．
２７・・・Ｎ” ＧａＡｓエミッタ・コンタクト層、２
ｌ−（１１１）Ｎ” ＩｎＰ基板、２２・・・ノンドー
１１ ｎＧａＡｓ量子井戸層、２４・・・Ｐ” ＩｎＧ
ａＡｓベース層、２５ ・Ｎ形ＩｎＡｌＧａＡｓグレー
ディング・エミッタ層、２６・・・Ｎ形Ｉ ｎＧａＡｓ
コレクタ層、２７−Ｎ” Ｉ ｎＧａＡｓエミッタ・コ
ンタクト層、１８．２８・・・エミッタ電極、１９．２
９・・・ベース電極、２０．３０・・・コレクタ電極。
バイポーラトランジスタ（ＲＢＴ）に実施した場合の一
実施例を示す断面構造図およびその伝導帯プロフィル図
、第３図は上記実施例のＧａＡｓ量子井戸層／ Ａ Ｉ
Ａ ｓバリア層におけるエネルギー・バンド構造図、
第４図は上記実施例のコレクタ電流対ベース・エミッタ
電圧特性を従来特性と対比させて示した図、第５図は本
発明を共鳴トンネル・バイポーラ・トランジスタ（ＲＢ
Ｔ）に実施した場合の他の実施例を示す断面構造図、第
６図および第７図はそれぞれ従来技術による共鳴トンネ
ル・バイポーラ・トランジスタの断面構造図およびその
コレクタ電流対ベース・エミッタ間電圧特性図、第８図
および第９図はそれぞれ上記従来共鳴トンネル・バイポ
ーラ・トランジスタ（ＲＢＴ）のＧａＡｓ量子井戸層／
ＡｌＡｓバリア層におけるエネルギー・バンド構造図お
よび実空間における伝導帯プロフィル図である。 １１− （１１１）Ｎ” ＧａＡｓ基板、１２・・・ノ
ンドープＧａＡｓ量子井戸層、１３ａ、１３ｂ。 ２３ａ、２３ｂ−ノンドープＡｌＧａＡｓバリア層、１
４ 、２４−・−Ｐ ” Ｇ ａ Ａ ｓベース層、１
５゜２５・・・Ｎ型ＡｌＧａＡｓグレーディング・エミ
ッタ層、１６．２６−Ｎ型ＧａＡｓコレクタ層、１７．
２７・・・Ｎ” ＧａＡｓエミッタ・コンタクト層、２
ｌ−（１１１）Ｎ” ＩｎＰ基板、２２・・・ノンドー
１１ ｎＧａＡｓ量子井戸層、２４・・・Ｐ” ＩｎＧ
ａＡｓベース層、２５ ・Ｎ形ＩｎＡｌＧａＡｓグレー
ディング・エミッタ層、２６・・・Ｎ形Ｉ ｎＧａＡｓ
コレクタ層、２７−Ｎ” Ｉ ｎＧａＡｓエミッタ・コ
ンタクト層、１８．２８・・・エミッタ電極、１９．２
９・・・ベース電極、２０．３０・・・コレクタ電極。
Claims (1)
- （１１１）結晶面を有する化合物半導体基板と、前記化
合物半導体基板上にＡｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ（０
．４５≦ｘ≦１）から成るポテンシャル・バリア層を少
くともエミッタ層と量子井戸層間に備え全てのヘテロ接
合面を前記化合物半導体基板の（１１１）面と平行方向
に設定して形成される共鳴トンネル効果トランジスタと
を含むことを特徴とする高速トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7945888A JPH01251661A (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 高速トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7945888A JPH01251661A (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 高速トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01251661A true JPH01251661A (ja) | 1989-10-06 |
Family
ID=13690437
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7945888A Pending JPH01251661A (ja) | 1988-03-30 | 1988-03-30 | 高速トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01251661A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5598015A (en) * | 1992-09-18 | 1997-01-28 | Hitachi, Ltd. | Hetero-junction bipolar transistor and semiconductor devices using the same |
| US6031256A (en) * | 1999-01-05 | 2000-02-29 | National Science Council Of Republic Of China | Wide voltage operation regime double heterojunction bipolar transistor |
-
1988
- 1988-03-30 JP JP7945888A patent/JPH01251661A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5598015A (en) * | 1992-09-18 | 1997-01-28 | Hitachi, Ltd. | Hetero-junction bipolar transistor and semiconductor devices using the same |
| US6031256A (en) * | 1999-01-05 | 2000-02-29 | National Science Council Of Republic Of China | Wide voltage operation regime double heterojunction bipolar transistor |
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