JPH0250436A - 高速半導体装置 - Google Patents
高速半導体装置Info
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- JPH0250436A JPH0250436A JP20160288A JP20160288A JPH0250436A JP H0250436 A JPH0250436 A JP H0250436A JP 20160288 A JP20160288 A JP 20160288A JP 20160288 A JP20160288 A JP 20160288A JP H0250436 A JPH0250436 A JP H0250436A
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- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 21
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 4
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
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- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
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- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
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- 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)
本発明は高速半導体装置に関し、特に共鳴トンネル効果
を利用した高速半導体装置に関する。
を利用した高速半導体装置に関する。
(従来の技術)
共鳴トンネリング現象は電子の通過に要する遅延時間が
著しく小さく、かつ顕著な微分負性抵抗を示すことから
、超高速、新機能三端子素子への応用が極めて有望であ
り、各所で研究開発が行なわれるようになってきた。例
えば従来の共鳴トンネル現象を利用した三端子素子の一
例としては、二本らによりインターナショナル・エレク
トロン・デバイス・ミーティング(Internati
onal ElectronDevices Meet
ing 1986. Tech、Dig、p286)に
おいて報告された共鳴トンネリングバイボーラトランジ
スタ(RBT ; Re5onant Tunneli
ng Bipolar Iranisistor)があ
る。第8図はRBTを説明する為の図であり(a)は要
部構造断面図、(b)は図(a)の構造におけるA1組
成を示した図をそれぞれ表わしている。図において1は
コレクタ電極、2はn”−GaAsコレクタコンタクト
層、3はn−GaAsコレクタ層、4はp”−GaAs
ベース層、5はベース電極、6aおよび6bは障壁層、
7はGaAs量子井戸層、8はn−AlGaAsエミッ
タ層、9はn+−GaAsmミッタコンタクト層、10
はエミッタ電極である。
著しく小さく、かつ顕著な微分負性抵抗を示すことから
、超高速、新機能三端子素子への応用が極めて有望であ
り、各所で研究開発が行なわれるようになってきた。例
えば従来の共鳴トンネル現象を利用した三端子素子の一
例としては、二本らによりインターナショナル・エレク
トロン・デバイス・ミーティング(Internati
onal ElectronDevices Meet
ing 1986. Tech、Dig、p286)に
おいて報告された共鳴トンネリングバイボーラトランジ
スタ(RBT ; Re5onant Tunneli
ng Bipolar Iranisistor)があ
る。第8図はRBTを説明する為の図であり(a)は要
部構造断面図、(b)は図(a)の構造におけるA1組
成を示した図をそれぞれ表わしている。図において1は
コレクタ電極、2はn”−GaAsコレクタコンタクト
層、3はn−GaAsコレクタ層、4はp”−GaAs
ベース層、5はベース電極、6aおよび6bは障壁層、
7はGaAs量子井戸層、8はn−AlGaAsエミッ
タ層、9はn+−GaAsmミッタコンタクト層、10
はエミッタ電極である。
尚、8のn−AIGaAs−r−ミッタ層のA1組成は
、第8図(b)に示す様に設定されている。
、第8図(b)に示す様に設定されている。
第9図はRBTの動作原理を説明するためのエネルギー
バンド図であり、適当なベース、エミッタ間電圧VBE
、ベース、コレクタ間電圧VBCが印加されている。図
中第8図と同記号は同部分あるいは同じ意味を持つもの
である。またEfはフェルミ準位、Eoは伝導帯下端、
Evは価電子上端を示し、ExiQ=1+2、・・・)
はGaAs量子井戸7中に生成される量子準位を示す。
バンド図であり、適当なベース、エミッタ間電圧VBE
、ベース、コレクタ間電圧VBCが印加されている。図
中第8図と同記号は同部分あるいは同じ意味を持つもの
である。またEfはフェルミ準位、Eoは伝導帯下端、
Evは価電子上端を示し、ExiQ=1+2、・・・)
はGaAs量子井戸7中に生成される量子準位を示す。
この構造においては、ベース;エミッタ間電圧VBEを
印加するとエミッタ層8のフェルミ準位Efと、基底電
子準位Exlが一致する所で共鳴条件が満たされ、電子
がホットエレクトロンとなりベースに注入された後コレ
クタ電極に達する。さらにVBEを増加させると共鳴条
件からはずれ、電子は注入されなくなる。従って第10
図に同素子のコレクタ電流のベース・エミッタ間電圧V
BHの依存性を示す如く、同素子は負性伝達コンダクタ
ンスを有する。
印加するとエミッタ層8のフェルミ準位Efと、基底電
子準位Exlが一致する所で共鳴条件が満たされ、電子
がホットエレクトロンとなりベースに注入された後コレ
クタ電極に達する。さらにVBEを増加させると共鳴条
件からはずれ、電子は注入されなくなる。従って第10
図に同素子のコレクタ電流のベース・エミッタ間電圧V
BHの依存性を示す如く、同素子は負性伝達コンダクタ
ンスを有する。
(発明が解決しようとする問題点)
前記説明から判る様に、従来例では、そのコレクタ電流
特性には負性伝達コンダクタンスが得られ、同素子を例
えば周波数逓倍機、多値論理素子等の新機能素子に応用
することが可能となった。
特性には負性伝達コンダクタンスが得られ、同素子を例
えば周波数逓倍機、多値論理素子等の新機能素子に応用
することが可能となった。
ここでさらに負性伝達コンダクタンスを有する素子の応
用を考えた場合、素子に2個以上の複数の負性伝達コン
ダクタンスを特性良く得ることが望まれる。しかしなが
ら従来素子では得られる負性伝達コンダクタンスは高々
−個である。なぜなら、従来素子においても励起準位(
Exi、i≧2)を更に用い、複数の負性伝達コンダク
タンスを得ることが原理的には考えられるが、励起準位
においては、電子の閉じ込めが充分でなく、現実的には
もはや大きな負性伝達コンダクタンスを得ることは不可
能だからである。
用を考えた場合、素子に2個以上の複数の負性伝達コン
ダクタンスを特性良く得ることが望まれる。しかしなが
ら従来素子では得られる負性伝達コンダクタンスは高々
−個である。なぜなら、従来素子においても励起準位(
Exi、i≧2)を更に用い、複数の負性伝達コンダク
タンスを得ることが原理的には考えられるが、励起準位
においては、電子の閉じ込めが充分でなく、現実的には
もはや大きな負性伝達コンダクタンスを得ることは不可
能だからである。
本発明の目的は、このような従来の欠点を除去し、その
伝達コンダクタンスに所望の複数の数の負性伝達コンダ
クタンスを特性良く得られる高速半導体装置を提供する
ことにある。
伝達コンダクタンスに所望の複数の数の負性伝達コンダ
クタンスを特性良く得られる高速半導体装置を提供する
ことにある。
(問題点を解決するための手段)
本発明の高速半導体装置は、量子準位が生成される量子
井戸が少なくとも2つ以上形成され、かつ該量子井戸間
には導電層が形成されたー導電型エミッタ層と、該−導
電型エミッタ層からキャリアが導入される反対導電型ベ
ース層と、該−導電型エミッタ層と同一の導電型層を含
むコレクタ層とを備えることを特徴とする。
井戸が少なくとも2つ以上形成され、かつ該量子井戸間
には導電層が形成されたー導電型エミッタ層と、該−導
電型エミッタ層からキャリアが導入される反対導電型ベ
ース層と、該−導電型エミッタ層と同一の導電型層を含
むコレクタ層とを備えることを特徴とする。
(作用)
前記手段を採ると、ベースに電子を注入するエミッタ部
分において、所望の数の特性の良い負性抵抗特性を生ぜ
しめることが可能であり、従って明瞭な複数の負性伝達
コンダクタンスを有する素子が得られる。
分において、所望の数の特性の良い負性抵抗特性を生ぜ
しめることが可能であり、従って明瞭な複数の負性伝達
コンダクタンスを有する素子が得られる。
(実施例)
第1図(a)は本発明の一実施例の半導体装置における
要部の構造断面図であり、第1図(b)は第1図(a)
におけるエミッタ量子井戸部27を詳しく説明するため
の27を拡大した構造断面図である。第1図(a)にお
いて、21は半絶縁性GaAs基板、22はn”−Ga
ABコレクタコンタクト層、23はコレクタ電極、24
はn−GaAsコレクタ層、25はp”−GaAsベー
ス層、26はベース電極、27はエミッタ量子井戸部、
28はn+−GaAsエミッタコンタクト層、29はエ
ミッタ電極をそれぞれ示している。さらにエミッタ量子
井戸部27は、第1図(b)に示す如く、32のノンド
ープGaAs井戸層が、31のノンドープA)As障壁
層ではさまれた量子井戸を基本単位とし、この量子井戸
がN個、33のn−GaAs層で接続された構造からな
り、さらに最上部に34のn−GaAsエミッタ層が積
層された構造からなっている。従って本構造では、従来
例におけるRBTのエミッタ部分が、負性抵抗を生せし
める量子井戸31.32がn−GaAs33でN個直列
に接続された構造に置き変わっている。
要部の構造断面図であり、第1図(b)は第1図(a)
におけるエミッタ量子井戸部27を詳しく説明するため
の27を拡大した構造断面図である。第1図(a)にお
いて、21は半絶縁性GaAs基板、22はn”−Ga
ABコレクタコンタクト層、23はコレクタ電極、24
はn−GaAsコレクタ層、25はp”−GaAsベー
ス層、26はベース電極、27はエミッタ量子井戸部、
28はn+−GaAsエミッタコンタクト層、29はエ
ミッタ電極をそれぞれ示している。さらにエミッタ量子
井戸部27は、第1図(b)に示す如く、32のノンド
ープGaAs井戸層が、31のノンドープA)As障壁
層ではさまれた量子井戸を基本単位とし、この量子井戸
がN個、33のn−GaAs層で接続された構造からな
り、さらに最上部に34のn−GaAsエミッタ層が積
層された構造からなっている。従って本構造では、従来
例におけるRBTのエミッタ部分が、負性抵抗を生せし
める量子井戸31.32がn−GaAs33でN個直列
に接続された構造に置き変わっている。
以下本実施例の動作原理を最も簡単なN=2の場合、つ
まりエミッタ量子井戸部分は2個の負性抵抗素子の直列
構造からなる場合を例に説明する。この場合エミッタ量
子井戸部は、例えば第2図に示す様な電流−電圧特性を
持つ微分負性抵抗素子DI。
まりエミッタ量子井戸部分は2個の負性抵抗素子の直列
構造からなる場合を例に説明する。この場合エミッタ量
子井戸部は、例えば第2図に示す様な電流−電圧特性を
持つ微分負性抵抗素子DI。
D2が第3図に示す如く接続されているとして等測的に
書ける。
書ける。
ここで第3図の口路の端子41.42は、それぞれ+V
、−■の電位であるとし、第3図中のA点より見た動作
点の特性図を、第4図(a)、 (b)、 (c)に示
す。端子印加電圧(2v)が2Vtより小さい場合は、
第4図(a)のようにA点はaの動作点をとり、印加電
圧の増大に伴い電流は増大する。印加電圧が2Vtを越
えた瞬間に微分負性抵抗素子D1、D2のうち一方が高
電圧状態で、他方が低電圧状態となる双安定状態に遷移
し電流は減少する。更に印加電圧を増加すると第4図(
b)の様にA点はbまたはb′の双安定点を動作点とし
てとりながら電流は増大する。さらに印加電圧を増加す
ると電流値が負性抵抗のピーク電流に一致1−た瞬間に
Dl、D2は双安定状態を脱し、電流はほとんど流れな
くなる。更に印加電圧を増すと、第4図(e)の様にA
点はdの動作点をとりながら電流は増大する。したがっ
てエミッタ量子井戸部の電流−電圧特性は第5図に示す
様に、2個の明瞭な負性抵抗特性を示す。ここで第5図
a、 b、 dで示した点は第4図(a)、 (b)、
(c)で示した動作点に対応する。さらにより一般の
場合、つまり、エミッタ量子井戸部分27がN個の負性
抵抗の直列構造からなる場合の動作原理も、全く同様に
説明され、そのエミッタ部分の電流−電圧特性はN個の
明瞭な負性抵抗特性が得られる。
、−■の電位であるとし、第3図中のA点より見た動作
点の特性図を、第4図(a)、 (b)、 (c)に示
す。端子印加電圧(2v)が2Vtより小さい場合は、
第4図(a)のようにA点はaの動作点をとり、印加電
圧の増大に伴い電流は増大する。印加電圧が2Vtを越
えた瞬間に微分負性抵抗素子D1、D2のうち一方が高
電圧状態で、他方が低電圧状態となる双安定状態に遷移
し電流は減少する。更に印加電圧を増加すると第4図(
b)の様にA点はbまたはb′の双安定点を動作点とし
てとりながら電流は増大する。さらに印加電圧を増加す
ると電流値が負性抵抗のピーク電流に一致1−た瞬間に
Dl、D2は双安定状態を脱し、電流はほとんど流れな
くなる。更に印加電圧を増すと、第4図(e)の様にA
点はdの動作点をとりながら電流は増大する。したがっ
てエミッタ量子井戸部の電流−電圧特性は第5図に示す
様に、2個の明瞭な負性抵抗特性を示す。ここで第5図
a、 b、 dで示した点は第4図(a)、 (b)、
(c)で示した動作点に対応する。さらにより一般の
場合、つまり、エミッタ量子井戸部分27がN個の負性
抵抗の直列構造からなる場合の動作原理も、全く同様に
説明され、そのエミッタ部分の電流−電圧特性はN個の
明瞭な負性抵抗特性が得られる。
第6図は本実施例のトランジスターとしての動作原理を
説明するためのエネルギーバンド図であり、適当なベー
ス、エミッタ間電圧VBE、ベース、コレクタ間電圧V
BCが印加されている。図中第1図(a)、(b)と同
記号は同部分あるいは同じ意味を持つものである。また
Efはフェルミ準位、Eoは伝導帯下端、Evは価電子
帯上端を示している。本実施例では、エミッタ量子井戸
部分からベースに注入される電子は第5図に示す様な2
個の負性抵抗を持つ電流−電圧特性を有するため、従っ
て第7図に示す如く、コレクタ電流のベース、エミッタ
間電圧依存性は明瞭な2個の負性伝達コンダクタンスを
示す。
説明するためのエネルギーバンド図であり、適当なベー
ス、エミッタ間電圧VBE、ベース、コレクタ間電圧V
BCが印加されている。図中第1図(a)、(b)と同
記号は同部分あるいは同じ意味を持つものである。また
Efはフェルミ準位、Eoは伝導帯下端、Evは価電子
帯上端を示している。本実施例では、エミッタ量子井戸
部分からベースに注入される電子は第5図に示す様な2
個の負性抵抗を持つ電流−電圧特性を有するため、従っ
て第7図に示す如く、コレクタ電流のベース、エミッタ
間電圧依存性は明瞭な2個の負性伝達コンダクタンスを
示す。
また一般の、エミッタ量子井戸部分27がN個の負性抵
抗素子の直列構造からなる場合も全く同様にして、N個
の明瞭な負性伝達コンダクタンスが得られる。
抗素子の直列構造からなる場合も全く同様にして、N個
の明瞭な負性伝達コンダクタンスが得られる。
第1図に示した半導体素子はより具体的には以下の様に
作製される。まず例えば分子線エピタキシャル成長法に
より半絶縁性GaAs基板21上に下表成長後、通常の
リソグラフィー技術を用い、ベース層26、およびコレ
クタコンタクト層22をウェットエツチングにより露出
させ、オーミック性電極23、26.29を形成するこ
とにより作製される。
作製される。まず例えば分子線エピタキシャル成長法に
より半絶縁性GaAs基板21上に下表成長後、通常の
リソグラフィー技術を用い、ベース層26、およびコレ
クタコンタクト層22をウェットエツチングにより露出
させ、オーミック性電極23、26.29を形成するこ
とにより作製される。
以上の実施例においては、AlGaAs/GaAs系に
ついて素子を作製したが、本発明はこれに限らず量子井
戸を形成できる材料系例えば InP/GaInAs/AlInAsやInP/GaI
nAsなどでも適用可能である。また半導体層の成長方
法は分子線成長方法に限らず、原子層エピタキシャル成
長方法、化学気相成長方法など各種成長方法で良い。
ついて素子を作製したが、本発明はこれに限らず量子井
戸を形成できる材料系例えば InP/GaInAs/AlInAsやInP/GaI
nAsなどでも適用可能である。また半導体層の成長方
法は分子線成長方法に限らず、原子層エピタキシャル成
長方法、化学気相成長方法など各種成長方法で良い。
(発明の効果)
本発明p高速半導体装置においては、所望のN個の負性
伝達コンダクタンスを特性良く有する素子を簡単に得る
ことができ、負性抵抗特性を有する新機能素子の応用範
囲を大きく広げることが可能である。
伝達コンダクタンスを特性良く有する素子を簡単に得る
ことができ、負性抵抗特性を有する新機能素子の応用範
囲を大きく広げることが可能である。
第1図(a)および(b)は本発明一実施例における要
部の構造断面図であり、第2図、第3図、第4図(a)
〜(C)、第5図は実施例におけるエミッタ部の電流−
電圧特性を説明するための図、第6図は実施例の動作原
理を説明するためのエネルギーバンド図、第7図は実施
例の電流−電圧特性を示す図、第8図(a)。 (b)は従来例における要部の構造断面図、第9図は従
来例の動作原理を説明するためのエネルギーバンド図、
第10図は従来例の電流−電圧特性を示す図それぞれ表
している。 図において、1及び23はコレクタ電極、2及び22は
n+−GaAsコレクタコンタクト層、3及び24はn
。 GaAsコレクタ層、4及び25はp”−GaAsベー
ス層、5及び26はベース電極、6a、 6b及び31
はAlAs障壁層、7及び32はGaAs井戸層、8は
n−AlGaAsエミッタ層、33はn−GaAs層、
34はn−GaAsエミッタ層、9及び28はn”−G
aAsエミッタコンタクト層、10及び29はエミッタ
電極、27はエミッタ量子井戸部、21は半絶縁性Ga
As基板、41及び42は等何回路における端子をそれ
ぞれ示している。
部の構造断面図であり、第2図、第3図、第4図(a)
〜(C)、第5図は実施例におけるエミッタ部の電流−
電圧特性を説明するための図、第6図は実施例の動作原
理を説明するためのエネルギーバンド図、第7図は実施
例の電流−電圧特性を示す図、第8図(a)。 (b)は従来例における要部の構造断面図、第9図は従
来例の動作原理を説明するためのエネルギーバンド図、
第10図は従来例の電流−電圧特性を示す図それぞれ表
している。 図において、1及び23はコレクタ電極、2及び22は
n+−GaAsコレクタコンタクト層、3及び24はn
。 GaAsコレクタ層、4及び25はp”−GaAsベー
ス層、5及び26はベース電極、6a、 6b及び31
はAlAs障壁層、7及び32はGaAs井戸層、8は
n−AlGaAsエミッタ層、33はn−GaAs層、
34はn−GaAsエミッタ層、9及び28はn”−G
aAsエミッタコンタクト層、10及び29はエミッタ
電極、27はエミッタ量子井戸部、21は半絶縁性Ga
As基板、41及び42は等何回路における端子をそれ
ぞれ示している。
Claims (1)
- 量子準位が生成される量子井戸構造を有する半導体装
置において少なくとも2つ以上の量子井戸が形成され、
かつ該量子井戸間には導電層が形成された導電型エミッ
タ層と、該導電型エミッタ層からキャリアが導入される
反対導電型ベース層と、該導電型エミッタ層と同一の導
電型層を含むコレクタ層とを備えることを特徴とする高
速半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20160288A JP2655424B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 高速半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP20160288A JP2655424B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 高速半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0250436A true JPH0250436A (ja) | 1990-02-20 |
JP2655424B2 JP2655424B2 (ja) | 1997-09-17 |
Family
ID=16443771
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP20160288A Expired - Lifetime JP2655424B2 (ja) | 1988-08-11 | 1988-08-11 | 高速半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2655424B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007277869A (ja) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 杭打機のリーダ装置 |
-
1988
- 1988-08-11 JP JP20160288A patent/JP2655424B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007277869A (ja) * | 2006-04-04 | 2007-10-25 | Hitachi Constr Mach Co Ltd | 杭打機のリーダ装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2655424B2 (ja) | 1997-09-17 |
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