JPH03188674A - Resonance tunneling semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(概要〕
共鳴トンネリング・ホット・エレクトロン・トランジス
タ又は共鳴トンネリング・ヘテロ・ジャンクション・バ
イポーラ・トランジスタなど共鳴トンネリング半導体装
置の改良に関し、エミッタとベースとの間に介挿される
共鳴トンネリング・バリヤの構成材料を適切に選択する
ことで、ベース層側のバリヤ・ハイドを高く維持できる
ようにし、P/Vの低下がないようにすることを目的と
し、
I nCraAsからなるエミッタ層とInAsからな
るベース層との間に介在してエミッタ層側はI nAj
!ASからなる薄膜で、且つ、ベース層側はA/2Sb
からなる薄膜で構成されてなる共鳴トンネリング・バリ
ヤを備えてなるか、或いは、前記ベース層側はAffi
As S bからなる薄膜で構成されてなる共鳴トンネ
リング・バリヤを備えてなるよう構成する。[Detailed Description of the Invention] (Summary) Resonant tunneling interposed between an emitter and a base, regarding the improvement of a resonant tunneling semiconductor device such as a resonant tunneling hot electron transistor or a resonant tunneling heterojunction bipolar transistor.・By appropriately selecting the material for the barrier, the barrier hide on the base layer side can be maintained high and the P/V will not decrease. The emitter layer side is interposed between the base layer consisting of I nAj
! A thin film made of AS, and the base layer side is A/2Sb
or the base layer side is provided with a resonant tunneling barrier made of a thin film made of
A resonant tunneling barrier made of a thin film made of AsSb is provided.
本発明は、共鳴トンネリング・ホット・エレクトロン・
トランジスタ(resonant tunnelin
g hot electron trans 1
stor :RHET)又は共鳴トンネJング・ペテロ
・ジャンクション・バイポーラ・トランジスタ(res
onant tunneling heteroj
unction bipolar transis
tor:RHBT)など共鳴トンネリング半導体装置の
改良に関する。The present invention provides resonant tunneling hot electron
transistor
g hot electron trans 1
stor : RHET) or resonant tunnel junction bipolar transistor (res
onant tunneling heteroj
unction bipolar
This invention relates to improvements in resonant tunneling semiconductor devices such as tor (RHBT).
一般に、RHET或いはRHBTなどには、コレクタ電
流(エミッタ電流)に負の伝達コンダクタンス特性が現
れることから、新しい機能を発揮できるデバイスとして
注目されている。In general, RHETs, RHBTs, and the like exhibit negative transfer conductance characteristics in their collector currents (emitter currents), and are therefore attracting attention as devices that can exhibit new functions.
現在、I nGaAs/1 nAffiAsからなるペ
テロ接合を用いたRHETなどは、I nGaAsに於
ける電子の移動度がGaAsに於けるそれと比較して大
きいこと、また、I nGaAsとInAffiAsと
のエネルギ・バンド・ギャップの差が大きく、電流利得
を上昇させることができるなど多くの利点をもっている
が、今後、それ等の利点を更に大きなものとしなければ
ならない。Currently, RHETs using petrojunctions made of InGaAs/1 nAffiAs are based on the fact that the electron mobility in InGaAs is larger than that in GaAs, and that the energy band between InGaAs and InAffiAs is・It has many advantages such as a large gap difference and the ability to increase current gain, but these advantages must be made even greater in the future.
(従来の技術)
第3図は従来のInGaAs/InAffiAs系RH
ETのエネルギ・ハンド・ダイヤグラムを表している。(Prior art) Figure 3 shows a conventional InGaAs/InAffiAs system RH.
It represents the energy hand diagram of ET.
図に於いて、
1はn型1 n O,S3G a o、 47A Sコ
レクタ層、2はi型1 no、sz (A I!、o、
、G a O,5) 0.411A Sコレクタ・バリ
ヤ層、
3はn型1 n O,S:IG a o、 4?A S
ベース層、4はi型1 n o、 szA 10.41
1A S エミッタ・バリヤ層、
5はi型r nGaAsウェル層、
6はi型1 n o、 szA 10.48A Sエミ
ッタ・バリヤ層、
7はn゛型1n O,S3G a o、 aqA Sエ
ミッタ層をそれぞれ示している。尚、ECは伝導帯の底
を指示している。In the figure, 1 is the n-type 1 n O, S3G a o, 47A S collector layer, and 2 is the i-type 1 no, sz (A I!, o,
, Ga O, 5) 0.411A S collector/barrier layer, 3 is n-type 1 n O, S:IG a o, 4? A.S.
Base layer, 4 is i type 1 no, szA 10.41
1A S emitter/barrier layer, 5 is i-type r nGaAs well layer, 6 is i-type 1no, szA 10.48A S emitter/barrier layer, 7 is n゛-type 1nO, S3Gao, aqA S emitter layer are shown respectively. Note that EC indicates the bottom of the conduction band.
これ等各年導体層についての主要なデータを例示すると
次の通りである。Examples of the main data on conductor layers for each year are as follows.
■ コレクタ層1について
厚さ:2000(人〕
不純物濃度: I X 1018(cm−″)■ コレ
クタ・バリヤ層2について
厚さ:2000 (入〕
コレクタ・バリヤ・ハイド:0.27 (eV)■ ベ
ース層3について
厚さ:300(入]
不純物濃度: I X 10 ” (cm−’)■ エ
ミ・ン夕・バリヤ層4について
厚さ:32.2C人]
エミッタ・バリヤ・ハイド:0.53 (eV)(ベー
ス側)
■ ウェル層5について
厚さ:32.2C人〕
■ エミッタ・バリヤ層6について
厚さ:32.2C人〕
■ エミッタ層7について
厚さ:2000(人〕
不純物濃度: I X 10 ′8(cm−”)図示例
のように、ベース層3をInGaAsにした場合、Ga
Asのものと比較し、「谷−L谷間のセパレーション・
エネルギが約0. 55 (e■〕と大きく、電流利得
は、ベースN3の厚さを30(nm)とした場合、約1
0が得られ、そして、図からも明らかなようにエミッタ
・バリヤ層6、ウェル層5、エミッタ・バリヤ層4から
なるInAlAs/InGaAs共鳴トンネリング・バ
リヤは、その伝導帯の不連続値が0. 53 (e■〕
と大きい為、負性特性のピーク電流対バレー電流の比、
即ち、P/Vを大きくとることができるなど、優れた特
性をもっている。■ Thickness of collector layer 1: 2000 (person) Impurity concentration: I x 1018 (cm-'') ■ Thickness of collector/barrier layer 2: 2000 (in) Collector barrier hide: 0.27 (eV) ■ Thickness for base layer 3: 300 (in) Impurity concentration: I x 10''(cm-') Thickness for emitter barrier layer 4: 32.2C emitter barrier hide: 0.53 (eV) (Base side) ■Thickness of well layer 5: 32.2C people] ■Thickness of emitter/barrier layer 6: 32.2C people] ■Thickness of emitter layer 7: 2000 (people) Impurity concentration: I
Compared to that of As, the separation between the valley and L valley
Energy is about 0. 55 (e■), and the current gain is approximately 1 when the thickness of base N3 is 30 (nm).
As is clear from the figure, the InAlAs/InGaAs resonant tunneling barrier consisting of the emitter barrier layer 6, well layer 5, and emitter barrier layer 4 has a conduction band discontinuity value of 0.0. 53 (e■)
Since it is large, the ratio of peak current to valley current of negative characteristic,
That is, it has excellent characteristics such as a large P/V.
第3図に見られるRHETに於いては、前記したように
、優れた特性をもっているのであるが、集積化する場合
に於いては、電流利得として30以上、電流のP/V比
として20程度が必要と思われる。The RHET shown in Figure 3 has excellent characteristics as described above, but when integrated, the current gain is 30 or more and the current P/V ratio is about 20. seems to be necessary.
この理由は、RHETが多段に接続され、ファン・イン
及びファン・アウトが3程度と多くなると、次段を駆動
するには前記したような電流利得が必要となり、また、
同様に、P/Vも多段になると、1段の場合と比較して
ノイズ・マージンを大きくとる必要があることに依る。The reason for this is that when RHETs are connected in multiple stages and the fan-in and fan-out increases to about 3, the above-mentioned current gain is required to drive the next stage.
Similarly, when the P/V has multiple stages, it is necessary to have a larger noise margin than when there is only one stage.
そこで、更に電流利得を向上する手段として、ベース層
にInAsを用いることが考えられている。Therefore, as a means to further improve the current gain, it has been considered to use InAs for the base layer.
InAsに関スる「谷−L谷間のセパレーション・エネ
ルギは約1 (eV)であり、また、電流利得は30以
上が得られる。然しなから、P/Vを考えると、ベース
層のInAsに対し、エミッタ例の共鳴トンネリング・
バリヤが1nA/!As或いはA/!Asとなると、歪
みの影響に依って、薄いI nAffiAS或いはAf
fAsからなるエミッタ・バリヤの実効的バリヤ・ハイ
ドが低くなってしまい、P/Vを維持できない状態にな
る。Regarding InAs, the separation energy between the valley and the L valley is about 1 (eV), and a current gain of 30 or more can be obtained.However, considering the P/V, In contrast, the resonant tunneling of the emitter example
Barrier is 1nA/! As or A/! When it comes to As, thin InAffiAS or Af
The effective barrier hide of the emitter barrier made of fAs becomes low, and P/V cannot be maintained.
因みに、歪みがない場合、I nGaAsに対して、I
nAI!、Asは0.55 (eV)、そして、Af
fiAsは1.3 (eV)であるが、歪みがある場合
、同じく、I nGaAsに対して、特に、ベース層側
のエミッタ・バリヤ層4に於けるバリヤー /’tイト
はI nAfAsで0.3 (eV:l、そして、Al
Asで0.7 (eV)に低下してしまう。Incidentally, when there is no strain, I
nAI! , As is 0.55 (eV), and Af
fiAs is 1.3 (eV), but in the case of strain, the barrier value for InGaAs, especially in the emitter barrier layer 4 on the base layer side, is 0. 3 (eV:l, and Al
With As, it decreases to 0.7 (eV).
本発明は、エミッタとベースとの間に介挿される共鳴ト
ンネリング・バリヤの構成材料を適切に選択することで
、ベース層側のバリヤ・ハイドを高く維持できるように
し、P/Vの低下がないようにする。The present invention makes it possible to maintain a high barrier hide on the base layer side without reducing P/V by appropriately selecting the constituent material of the resonant tunneling barrier interposed between the emitter and the base. Do it like this.
(課題を解決するための手段〕
本発明に依る共鳴トンネリング半導体装置は、I nG
aAsからなるエミッタ層(例えばn9型I no、s
sG a o、a7A Sエミッタ層7)とInAsか
らなるベース層(例えばn型1nAsベース層13或い
はp゛型InAsベース層15)との間に介在してエミ
ッタ層側はI nA/2Asからなる薄膜(例えばi型
1 n o、 szA I 0.48A sエミ・7り
・バリヤ層6)で且つベース層側は/lsbからなる薄
膜(例えばi型A/2Sbエミッタ・バリヤ層14)で
構成された共鳴トンネリング・バリヤを備えるか、或い
は、前記ベース層側はAffiAssbからなる薄膜で
構成された共鳴トンネリング・バリヤを備える。(Means for Solving the Problems) A resonant tunneling semiconductor device according to the present invention is an InG
Emitter layer made of aAs (e.g. n9 type I no, s
sGao, a7A S emitter layer 7) and a base layer made of InAs (for example, n-type 1nAs base layer 13 or p'-type InAs base layer 15), and the emitter layer side is made of InA/2As. A thin film (e.g., i-type 1 no, szA I 0.48A s emitter/barrier layer 6) and a thin film (e.g., i-type A/2Sb emitter/barrier layer 14) consisting of /lsb on the base layer side. Alternatively, the base layer side includes a resonant tunneling barrier made of a thin film of AffiAssb.
〔作用]
前記手段を採ることに依り、ベース層はF谷り谷セパレ
ーション・エネルギは大きいInAsで構成されるので
電流利得は向上し、しかも、ベース層側のエミッタ・バ
リヤ層がA/2Sb或いはAffAs S bで構成さ
れるので歪みは発生せず、共鳴トンネリング・バリヤに
於ける実効的なバリヤ・ハイドが低下することはなくな
ってP/Vは充分に大きく維持される。[Function] By adopting the above method, the base layer is made of InAs with large F valley separation energy, so the current gain is improved, and moreover, the emitter barrier layer on the base layer side is made of A/2Sb or A/2Sb. Since it is composed of AffAs S b, no distortion occurs, and the effective barrier hide in the resonant tunneling barrier does not decrease, so that P/V is maintained sufficiently large.
第1図は本発明一実施例を説明する為のエネルギ・ハン
ド・ダイヤグラムを表し、第3図に於いて用いた記号と
同記号は同部分を表すか或いは同し意味を持つものとす
る。尚、ここではRHETを対象としている。FIG. 1 shows an energy hand diagram for explaining one embodiment of the present invention, and the same symbols as those used in FIG. 3 represent the same parts or have the same meanings. Note that RHET is targeted here.
本実施例に於いては、ベース層13の構成材料としてn
型1nAsを用い、また、ベース層側エミッタ・バリヤ
N14の構成材料としてi型Afsbを用いている。In this embodiment, n is used as the constituent material of the base layer 13.
Type 1nAs is used, and i-type Afsb is used as the constituent material of the emitter barrier N14 on the base layer side.
本実施例に於いて第3図に見られる従来例と構成を異に
する部分の主要データを例示すると次の通りである。The main data of the parts of this embodiment that are different in configuration from the conventional example shown in FIG. 3 are as follows.
■ n型InAsベース層13について厚さ:300(
人〕
不純物濃度: I X 10 ” (cm−3)■ i
型AlSbエミッタ・バリヤ層14について
厚さ:30 〔入〕
本実施例に於いては、コレクタ・バリヤ層2とベース層
13との界面に於けるコレクタ・バリヤ・ハイドは0.
5 (eVLベース層13とベース層側エミッタ・バリ
ヤ層14との界面に於けるエミッタ・バリヤ・ハイドは
1 (eV)以上になっている。■ Thickness of n-type InAs base layer 13: 300 (
[Human] Impurity concentration: I x 10” (cm-3) ■ i
Thickness of the type AlSb emitter barrier layer 14: 30 [in] In this embodiment, the collector barrier hide at the interface between the collector barrier layer 2 and the base layer 13 is 0.
5 (The emitter barrier hide at the interface between the eVL base layer 13 and the base layer side emitter barrier layer 14 is 1 (eV) or more.
第2図は本発明の他の実施例を説明する為のエネルギ・
バンド・ダイヤグラムを表し、第1図及び第3図に於い
て用いた記号と同記号は同部分を表すか或いは同じ意味
を持つものとする。尚、ここではRHBTを対象として
いる。FIG. 2 shows an energy diagram for explaining another embodiment of the present invention.
This represents a band diagram, and the same symbols as those used in FIGS. 1 and 3 represent the same parts or have the same meaning. Note that RHBT is targeted here.
図に於いて、15はp゛型InAsベース層、Evは価
電子帯の頂をそれぞれ示している。In the figure, 15 indicates a p'-type InAs base layer, and Ev indicates the top of the valence band.
本実施例に於いて第1図に見られる本発明一実施例と構
成を異にする部分の主要データを例示すると次の通りで
ある。The following is an example of the main data of the parts of this embodiment that differ from the embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
■ P゛型1nAsベース層15について厚さ:100
0[入]
不純物濃度: I X 10 ′9(cm−3)尚、前
記各実施例に於いては、何れもベース層側のエミッタ・
バリヤ層として、In!Sbを用いたものを挙げたが、
これはA/!As Sbに代替することができ、その場
合も、共鳴トンネリング・バリヤとしての効果には変わ
りがない。■ Thickness of P' type 1nAs base layer 15: 100
0 [In] Impurity concentration: I
As a barrier layer, In! Although I mentioned the one using Sb,
This is A/! It can be replaced with AsSb, and in that case, the effect as a resonant tunneling barrier remains the same.
〔発明の効果]
本発明に依る共鳴トンネリング半導体装置に於いては、
I −n G a A sからなるエミッタ層とInA
sからなるベース層との間に介在し、エミッタ層側はI
nAf!Asからなる薄膜で、且つ、へ−ス層側はA
lSbからなる薄膜で構成されてなる共鳴トンネリング
・バリヤを備えてなるか、或いは、前記ベース層側はA
P、AS S bからなる薄膜で構成されてなる共鳴ト
ンネリング・バリヤを備えてなるよう構成する。[Effect of the invention] In the resonant tunneling semiconductor device according to the present invention,
Emitter layer made of I-nGaAs and InA
The emitter layer side is interposed between the base layer consisting of I
nAf! A thin film made of As, and the heat layer side is A.
A resonant tunneling barrier made of a thin film made of lSb, or the base layer side is made of A.
The resonant tunneling barrier is comprised of a thin film of P, AS S b.
前記構成を採ることに依り、ベース層は「谷り谷セパレ
ーション・エネルギは大きいInAsで構成されるので
電流利得は向上し、しかも、ベース層側のエミッタ・バ
リヤ層が/lsb或いはAI!、AsSbで構成される
ので歪みは発生せず、共鳴トンネリング・バリヤに於け
る実効的なバリヤ・ハイドが低下することはなくなって
P/Vは充分に大きく維持される。By adopting the above structure, the base layer is made of InAs with a large valley separation energy, so the current gain is improved, and the emitter barrier layer on the base layer side is made of /lsb, AI!, AsSb. Since the resonant tunneling barrier is constituted by the above structure, no distortion occurs, and the effective barrier hide in the resonant tunneling barrier does not decrease, so that P/V is maintained sufficiently large.
第1図は本発明一実施例を説明する為のエネルギ・バン
ド・ダイヤグラム、第2図は本発明に於ける他の実施例
を説明する為のエネルギ・バンド・ダイヤグラム、第3
図は従来のInGaAs/I nAffiAs系RHE
Tのエネルギ・バンド・ダイヤグラムをそれぞれ表して
いる。
図に於いて、
lはn型1 n o、 szG a o、 47A S
D L/クタ層、2はi型1 no、sz (A f
f1o、sG a 0.5) 6.48A Sコレクタ
・バリヤ層、
3はn型I n o、 szG a 0.47A Sベ
ース層、4はi型1 n a、 szA J20.41
1A Sエミッタ・バリヤ層、
5はi型InGaAsウェル層、
6はi型1 n o、 szA Q G、 41+A
Sエミッタ・バリヤ層、
7はn゛型1n o、 53G a 0.47A Sエ
ミッタ層、13はn型InAsベース層、
14はi型A/l!Sbエミッタ・バリヤ層15はp゛
型1nAsベース層、
Ecは伝導帯の底、已、は価電子帯の頂をそれぞれ示し
ている。Figure 1 is an energy band diagram for explaining one embodiment of the present invention, Figure 2 is an energy band diagram for explaining another embodiment of the present invention, and Figure 3 is an energy band diagram for explaining another embodiment of the present invention.
The figure shows a conventional InGaAs/InAffiAs system RHE.
Each represents an energy band diagram of T. In the figure, l is n-type 1 no, szG ao, 47A S
D L/kuta layer, 2 is i type 1 no, sz (A f
f1o, sG a 0.5) 6.48A S collector/barrier layer, 3 is n-type I no, szG a 0.47A S base layer, 4 is i-type 1 na, szA J20.41
1A S emitter barrier layer, 5 is i-type InGaAs well layer, 6 is i-type 1 no, szA Q G, 41+A
S emitter/barrier layer, 7 is n-type 1no, 53Ga 0.47A S emitter layer, 13 is n-type InAs base layer, 14 is i-type A/l! The Sb emitter/barrier layer 15 is a p-type 1nAs base layer, Ec indicates the bottom of the conduction band, and Ec indicates the top of the valence band.
Claims (2)
なるベース層との間に介在して エミッタ層側はInAlAsからなる薄膜で且つベース
層側はAlSbからなる薄膜で構成されてなる共鳴トン
ネリング・バリヤ を備えてなることを特徴とする共鳴トンネリング半導体
装置。(1) A resonant tunneling barrier is interposed between an emitter layer made of InGaAs and a base layer made of InAs, and the emitter layer side is a thin film made of InAlAs, and the base layer side is made of a thin film made of AlSb. A resonant tunneling semiconductor device characterized by:
れてなる共鳴トンネリング・バリヤ を備えてなることを特徴とする請求項1記載の共鳴トン
ネリング半導体装置。(2) The resonant tunneling semiconductor device according to claim 1, wherein the base layer side is provided with a resonant tunneling barrier made of a thin film made of AlAsSb.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32605789A JPH03188674A (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Resonance tunneling semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP32605789A JPH03188674A (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Resonance tunneling semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03188674A true JPH03188674A (en) | 1991-08-16 |
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ID=18183627
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32605789A Pending JPH03188674A (en) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | Resonance tunneling semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03188674A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5298763A (en) * | 1992-11-02 | 1994-03-29 | Motorola, Inc. | Intrinsically doped semiconductor structure and method for making |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP32605789A patent/JPH03188674A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5298763A (en) * | 1992-11-02 | 1994-03-29 | Motorola, Inc. | Intrinsically doped semiconductor structure and method for making |
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