JPH0422342B2 - - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発命は半導体装置、特に新しく開発されつつ
ある、THETA(Tunneling Hot Electron
Transfer Amplifier)或いはHET(Hot
Electron Transistor)と呼ばれる半導体装置の
改善に関する。
現在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進
歩を続けているが、更にこれを飛躍させるため
に、従来のトランジスタとは異なる動作原理に基
づく新しい半導体装置を実現する研究が行われて
いる。
前記HETはこの様な新しい動作原理に基づく
半導体装置であるが、そのベースコンタクトには
後述の如き問題点がありその解決が強く要望され
ている。
〔従来の技術〕
先に提案されたHETでは、第2図aのポテン
シヤル図に示す動作が行われる。(M.Heiblum;
1980 IEEE Electron Devices Meeting)
すなわち本装置はエミツタ、ベース、コレクタ
の3領域と、ベースとエミツタ及びコレクタとの
間にそれぞれポテンシヤルバリアを備えている。
この装置に例えば温度77Kにおいて、エミツタを
ベースに対して負の電位とするバイアス電圧を加
えたとき、電子がエミツタ−ベース間のバリアを
トンネル効果により突き抜けて、エミツタ電流IE
を構成する。
この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをも
ち、ベース領域においてはエミツタ−ベース間の
電位差VBEによつて伝導帯端に対してeVBEだけ高
いエネルギー準位にある。電子はこのエネルギー
によりホツトエレクトロン状態でコレクタに向か
つて進み、電子相互間、電子−格子原子間及び電
子−不純物原子間の衝突を総合したこの方向(X
方向)の平均自由行程をleとするとき、長さdBの
ベース領域を電子が通過する確率はexp(−dB/
le)である。
ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高
さをφc、電子ビームのエネルギーの正常な幅の1/
2をδとして、電子の前記エネルギー準位差のX
成分がφc+δより大であるときは、エミツタ電流
IEの大部分はコレクタ側のバリアφcを越え、ベー
ス接地電流増幅率α=IC/IEを1に漸近させるこ
とが出来る。
このHETを半導体装置として実現した従来例
の模式側断面図を第2図bに示す。
同図において、21は半絶縁性砒化ガリウム
(GaAs)基板、22,28及び29はn+型GaAs
コンタクト層、23はn型GaAsコレクタ層、2
4は砒化アルミニウムガリウム(AlGaAs)バリ
ア層、25はn型GaAsベース層、26は
AlGaAsバリア層、27はn型GaAsエミツタ層、
30はコレクタ電極、31はベース電極、32は
エミツタ電極、33は保護絶縁膜である。
本従来例の半導体基体のコレクタ層23乃至エ
ミツタ層27は例えば下記例の如く構成されてい
る。
[Industrial Application Field] This project focuses on semiconductor devices, especially the newly developed THETA (Tunneling Hot Electron
Transfer Amplifier) or HET (Hot
Concerning improvements to semiconductor devices called electron transistors. Microelectronics is currently making remarkable progress, and in order to make further progress, research is being conducted to realize new semiconductor devices based on operating principles different from those of conventional transistors. Although the HET is a semiconductor device based on such a new operating principle, its base contact has problems as described below, and a solution to these problems is strongly desired. [Prior Art] In the previously proposed HET, the operation shown in the potential diagram of FIG. 2a is performed. (M. Heiblum;
1980 IEEE Electron Devices Meeting) That is, this device has three areas: an emitter, a base, and a collector, and potential barriers between the base, emitter, and collector, respectively.
For example, when a bias voltage is applied to this device to make the emitter a negative potential with respect to the base at a temperature of 77K, electrons penetrate the barrier between the emitter and base due to the tunnel effect, and the emitter current I E
Configure. These electrons have approximately the same energy, and in the base region are at an energy level higher than the conduction band edge by eV BE due to the emitter-base potential difference V BE . Due to this energy, the electrons move toward the collector in the hot electron state, and in this direction (X
The probability that an electron passes through the base region of length d B is exp(−d B /
l e ). The barrier height on the collector side with respect to the base region is φ c , 1/of the normal width of the energy of the electron beam.
2 as δ, X of the energy level difference of the electrons
When the component is larger than φ c + δ, the emitter current
Most of I E exceeds the barrier φ c on the collector side, and the common base current amplification factor α=I C /I E can be made to asymptotically approach 1. A schematic side sectional view of a conventional example in which this HET is realized as a semiconductor device is shown in FIG. 2b. In the figure, 21 is a semi-insulating gallium arsenide (GaAs) substrate, 22, 28 and 29 are n + type GaAs
contact layer, 23 is n-type GaAs collector layer, 2
4 is aluminum gallium arsenide (AlGaAs) barrier layer, 25 is n-type GaAs base layer, 26 is
AlGaAs barrier layer, 27 is n-type GaAs emitter layer,
30 is a collector electrode, 31 is a base electrode, 32 is an emitter electrode, and 33 is a protective insulating film. The collector layer 23 to the emitter layer 27 of the semiconductor substrate of this conventional example are constructed as shown in the example below, for example.
以上説明した如く、HETのベース電極を分離
するために表出させるベース層に生ずる表面空乏
層、或いはバリア層からベース層に達する空乏
層、及び一旦表出したベース層のコンタクト再成
長層との界面近傍に生ずる低電子濃度のデイプリ
ーシヨン領域によつてそのベース抵抗が増大し、
更にベース層の厚さを薄くすることが困難である
ために電流増幅率等の特性の向上が制約されてい
る。
この問題点に対処するためにベース層の不純物
濃度を高めることが当然に試みられるが、従来通
常行われている分子線エピタキシヤル成長方法に
よるSiの均等なドーピングでは、可能な最高濃度
は5〜6×1018cm-3程度に止まり、その効果はな
お不十分である。
この新しい半導体装置に期待される特性を実現
するために、ベース抵抗増大の要因を排除して低
抵抗化、ベース層厚さの削減を可能とし、かつ煩
雑なベースコンタクト層の選択的再成長のプロセ
スを必要としない製造方法が要望されている。
〔問題点を解決するための手段〕
前記問題点は、半絶縁性GaAs基板上に、n型
GaAsコレクタコンタクト層、n型GaAsコレク
タ層、ノンドープのAlGaAs第1バリア層、n型
GaAsベース層、ノンドープのAlGaAs第2バリ
ア層、n型GaAsエミツタ層、n型GaAsエミツ
タコンタクト層を順次積層する工程と、該コレク
タコンタクト層、該ベース層及び該エミツタコン
タクト層に接する、Au・Ge/Auよりなるコレ
クタ電極、ベース電極及びエミツタ電極とをそれ
ぞれ形成する工程とを有し、前記n型GaAsベー
ス層は、複数の同一厚さを持つノンドープGaAs
層とSiのアトミツクプレーンドーピング層とを交
互に成長させることにより形成することで解決さ
れる。
〔作用〕
本発明によるベース層には、その厚さ方向に周
期的に繰り返してシリコン(Si)のアトミツププ
レーンドーピング(atomic plane doping)が行
われている。アトミツクプレーンドーピングによ
れば1.5×1019cm-3程度と、従来通常行われている
均等なドーピングの2.5倍程度の高濃度のキヤリ
ア電子が生成される。
このアトミツクプレーンドーピングによる高濃
度のキヤリア電子によりベース層の抵抗率が大幅
に低減し、かつ空乏層の伸長は止められて、ベー
ス層の低抵抗化、その厚さの削減が可能となる。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図aは本発明の実施例により製造されたホ
ツトエレクトロン・トランジスタの模式側断面
図、同図bはその要部拡大図である。
同図において、1は半絶縁性GaAs基板、2乃
至8は下記のエピタキシヤル成長層、10はコレ
クタ電極、11はベース電極、12はエミツタ電
極、13は保護絶縁膜である。
本実施例において各エピタキシヤル成長層2乃
至8は、半絶縁性GaAs基板1上に例えば下記例
の如く分子線エピタキシヤル成長方法により順次
エピタキシヤル成長されている。
なおベース層5の成長は次の様に行われてい
る。すなわち、As、Gaビームによる厚さ約2nm
のGaAs層5aの成長と、Gaビームを止めSiビー
ムを入射して面濃度約3×1012cm-2のSiのアトミ
ツクプレーンドーピング5bとを繰り返し、
GaAs層5aの成長を15回行つて厚さ約30nmの
ベース層5としている。
As explained above, the surface depletion layer that occurs in the base layer exposed to separate the base electrode of the HET, or the depletion layer that reaches the base layer from the barrier layer, and the contact regrowth layer of the base layer once exposed. The base resistance increases due to the depletion region with low electron concentration that occurs near the interface.
Furthermore, since it is difficult to reduce the thickness of the base layer, improvement in characteristics such as current amplification factor is restricted. Naturally, attempts have been made to increase the impurity concentration of the base layer in order to deal with this problem, but the maximum possible concentration is 5 to 5. The effect remains at around 6×10 18 cm -3 and is still insufficient. In order to achieve the characteristics expected of this new semiconductor device, we have eliminated the factors that increase base resistance, lowered the resistance, and reduced the thickness of the base layer, and also eliminated the troublesome selective regrowth of the base contact layer. There is a need for a manufacturing method that does not require processes. [Means for solving the problem] The problem mentioned above is that the n-type
GaAs collector contact layer, n-type GaAs collector layer, non-doped AlGaAs first barrier layer, n-type
A step of sequentially laminating a GaAs base layer, a non-doped AlGaAs second barrier layer, an n-type GaAs emitter layer, and an n-type GaAs emitter contact layer,・The n-type GaAs base layer includes a step of forming a collector electrode, a base electrode, and an emitter electrode made of Ge/Au, respectively, and the n-type GaAs base layer is made of a plurality of non-doped GaAs layers having the same thickness.
The solution is to form layers by growing alternating layers and atomically plane doped layers of Si. [Operation] The base layer according to the present invention is subjected to atomic plane doping of silicon (Si) periodically and repeatedly in its thickness direction. Atomic plane doping generates carrier electrons at a high concentration of about 1.5×10 19 cm -3 , which is about 2.5 times that of conventional uniform doping. The high concentration of carrier electrons resulting from this atomic plane doping significantly reduces the resistivity of the base layer and stops the depletion layer from elongating, making it possible to lower the resistance of the base layer and reduce its thickness. [Example] The present invention will be specifically described below with reference to Examples. FIG. 1a is a schematic side sectional view of a hot electron transistor manufactured according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1b is an enlarged view of the main part thereof. In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 to 8 are epitaxial growth layers described below, 10 is a collector electrode, 11 is a base electrode, 12 is an emitter electrode, and 13 is a protective insulating film. In this embodiment, the epitaxial growth layers 2 to 8 are epitaxially grown one after another on a semi-insulating GaAs substrate 1 by, for example, a molecular beam epitaxial growth method as shown in the example below. The base layer 5 is grown as follows. In other words, the thickness is approximately 2 nm due to As and Ga beams.
The growth of the GaAs layer 5a is repeated, and the atomic plane doping 5b of Si with a surface concentration of about 3×10 12 cm -2 is repeated by stopping the Ga beam and injecting the Si beam.
The GaAs layer 5a is grown 15 times to form the base layer 5 with a thickness of about 30 nm.
以上説明した如く本発明によれば、ベース抵抗
が低減されて電流増幅率等の特性が改善され、か
つ選択的再成長が不要となり、これによつて
HETの開発が大きく前進する効果が得られる。
As explained above, according to the present invention, the base resistance is reduced, characteristics such as current amplification factor are improved, and selective regrowth is not required.
This will have the effect of greatly advancing the development of HET.
第1図aは本発明の実施例により製造されたホ
ツトエレクトロン・トランジスタを示す模式側断
面図、bはその要部拡大図、第2図aは本装置の
動作の説明図、bは従来例を示す模式側断面図で
ある。
図において、1は半絶縁性GaAs基板、2及び
8はn+型GaAsコンタクト層、3はn型GaAsコ
レクタ層、4はAlGaAsバリア層、5はベース
層、5aはノンドープのGaAs層、5bはSiアト
ミツクプレーンドープ層、6はAlGaAsバリア
層、7はn型GaAsエミツタ層、10はコレクタ
電極、11はベース電極、12はエミツタ電極、
13は保護絶縁膜を示す。
FIG. 1a is a schematic side sectional view showing a hot electron transistor manufactured according to an embodiment of the present invention, b is an enlarged view of its main parts, FIG. 2a is an explanatory diagram of the operation of this device, and b is a conventional example. FIG. In the figure, 1 is a semi-insulating GaAs substrate, 2 and 8 are n + type GaAs contact layers, 3 is an n-type GaAs collector layer, 4 is an AlGaAs barrier layer, 5 is a base layer, 5a is a non-doped GaAs layer, and 5b is a Si atomic plane doped layer, 6 AlGaAs barrier layer, 7 n-type GaAs emitter layer, 10 collector electrode, 11 base electrode, 12 emitter electrode,
13 indicates a protective insulating film.
Claims (1)
クタコンタクト層2、n型GaAsコレクタ層3、
ノンドープのAlGaAs第1バリア層4、n型
GaAsベース層5、ノンドープのAlGaAs第2バ
リア層6、n型GaAsエミツタ層7、n型GaAs
エミツタコンタクト層8を順次積層する工程と、 該コレクタコンタクト層2、該ベース層5及び
該エミツタコンタクト層8に接する、Au・Ge/
Auよりなるコレクタ電極10、ベース電極11
及びエミツタ電極12とをそれぞれ形成する工程
とを有し、 前記n型GaAsベース層5は、複数の同一厚さ
を持つノンドープGaAs層5aとSiのアトミツク
プレーンドーピング層5bとを交互に成長させる
ことにより形成することを特徴とするホツトエレ
クトロン・トランジスタの製造方法。[Claims] 1. On a semi-insulating GaAs substrate 1, an n-type GaAs collector contact layer 2, an n-type GaAs collector layer 3,
Non-doped AlGaAs first barrier layer 4, n-type
GaAs base layer 5, non-doped AlGaAs second barrier layer 6, n-type GaAs emitter layer 7, n-type GaAs
a step of sequentially laminating emitter contact layers 8;
Collector electrode 10 and base electrode 11 made of Au
and an emitter electrode 12, respectively, and the n-type GaAs base layer 5 is formed by alternately growing a plurality of non-doped GaAs layers 5a and Si atomic plane doping layers 5b having the same thickness. 1. A method for manufacturing a hot electron transistor, comprising: forming a hot electron transistor;
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10936585A JPS61268062A (en) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10936585A JPS61268062A (en) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | Semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61268062A JPS61268062A (en) | 1986-11-27 |
JPH0422342B2 true JPH0422342B2 (en) | 1992-04-16 |
Family
ID=14508382
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10936585A Granted JPS61268062A (en) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61268062A (en) |
-
1985
- 1985-05-23 JP JP10936585A patent/JPS61268062A/en active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS61268062A (en) | 1986-11-27 |
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