JPH05243559A - 共鳴トンネル効果量子井戸トランジスタ - Google Patents
共鳴トンネル効果量子井戸トランジスタInfo
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- JPH05243559A JPH05243559A JP4329302A JP32930292A JPH05243559A JP H05243559 A JPH05243559 A JP H05243559A JP 4329302 A JP4329302 A JP 4329302A JP 32930292 A JP32930292 A JP 32930292A JP H05243559 A JPH05243559 A JP H05243559A
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 共鳴トンネル効果量子井戸トランジスタの提
供。 【構成】 狭い禁制帯をもつ層（１４）と、広い禁制帯
をもつ２個の障壁（１３，１５）とからなる井戸内の電
荷の蓄積を避けることにより利得を改善するために、ド
・ブロイ波長より小さい寸法を有する量子ボックスを形
成する空乏領域（２２）により、上記層の面内で量子井
戸を横方向において境界づける。高速電子機器（２００
ＧＨｚ）に適用しうる。
供。 【構成】 狭い禁制帯をもつ層（１４）と、広い禁制帯
をもつ２個の障壁（１３，１５）とからなる井戸内の電
荷の蓄積を避けることにより利得を改善するために、ド
・ブロイ波長より小さい寸法を有する量子ボックスを形
成する空乏領域（２２）により、上記層の面内で量子井
戸を横方向において境界づける。高速電子機器（２００
ＧＨｚ）に適用しうる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は共鳴トンネル効果を用い
そしてマイクロ波領域（数１０ＧＨｚ）で低ベース電流
および高利得を有する量子井戸トランジスタに関する。
そしてマイクロ波領域（数１０ＧＨｚ）で低ベース電流
および高利得を有する量子井戸トランジスタに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置において、量子井戸は２重障
壁または２重ヘテロ接合構造、すなわち、井戸層が非常
に薄く（１−２０nm）そして狭い禁制帯を有する半導体
装置本体内の構造により形成され、それら２個の障壁層
の禁制帯は広くなっている。電荷キャリア、例えば伝導
電子についての電位エネルギーの形が井戸の形となる。
最も好ましいエネルギーレベルは電子がその井戸内にあ
るときに生じる。井戸層それ自体は量子現象を発生すべ
く充分薄いものであるため量子井戸と呼ぶ。
壁または２重ヘテロ接合構造、すなわち、井戸層が非常
に薄く（１−２０nm）そして狭い禁制帯を有する半導体
装置本体内の構造により形成され、それら２個の障壁層
の禁制帯は広くなっている。電荷キャリア、例えば伝導
電子についての電位エネルギーの形が井戸の形となる。
最も好ましいエネルギーレベルは電子がその井戸内にあ
るときに生じる。井戸層それ自体は量子現象を発生すべ
く充分薄いものであるため量子井戸と呼ぶ。
【０００３】２個のオーミック接点間で量子井戸構造内
の電子流を濾過することにより極めて非線形性の高い電
流‐電圧特性が得られることは知られている。その最も
良い例は２重障壁共鳴トンネル効果ダイオードであっ
て、これは常温で負の微分抵抗係数を有する。高速応答
を行う活性の非線形要素はアナログマイクロ波装置およ
び超高速多状態ディジタル装置において重要である。
の電子流を濾過することにより極めて非線形性の高い電
流‐電圧特性が得られることは知られている。その最も
良い例は２重障壁共鳴トンネル効果ダイオードであっ
て、これは常温で負の微分抵抗係数を有する。高速応答
を行う活性の非線形要素はアナログマイクロ波装置およ
び超高速多状態ディジタル装置において重要である。
【０００４】共鳴効果にもとづく構造的な干渉効果は単
純なダイオードで達成出来るが、第３の制御電極がその
応用面での開発を容易にしている。井戸内に直接に制御
を行うことは望ましいことである。それにより物理現象
が本質的に瞬間的に生じそして電圧に対して感度の高い
要素の開発が可能になる。
純なダイオードで達成出来るが、第３の制御電極がその
応用面での開発を容易にしている。井戸内に直接に制御
を行うことは望ましいことである。それにより物理現象
が本質的に瞬間的に生じそして電圧に対して感度の高い
要素の開発が可能になる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】これまで、キャリアの
注入を可能にするために共鳴トンネル効果を用いるもの
を含めてこれまで数種の量子井戸トランジスタが知られ
ている。それらトランジスタにおいて、量子井戸を形成
する半導体層は横方向にすなわちその材料の成長方向に
境界をもたないのであり、そしてその層はベース（その
構造が垂直型であれば）を形成する横方向金属化膜の下
に広がっている。第１障壁とベースを介してエミッタか
らトンネル効果により注入される電荷はそのエネルギー
がコレクタのレベルで量子井戸内の第２障壁を横切るに
充分なものであるときにのみ集められる。他の電荷はベ
ース内で熱に変わりそのエネルギーを散逸する。
注入を可能にするために共鳴トンネル効果を用いるもの
を含めてこれまで数種の量子井戸トランジスタが知られ
ている。それらトランジスタにおいて、量子井戸を形成
する半導体層は横方向にすなわちその材料の成長方向に
境界をもたないのであり、そしてその層はベース（その
構造が垂直型であれば）を形成する横方向金属化膜の下
に広がっている。第１障壁とベースを介してエミッタか
らトンネル効果により注入される電荷はそのエネルギー
がコレクタのレベルで量子井戸内の第２障壁を横切るに
充分なものであるときにのみ集められる。他の電荷はベ
ース内で熱に変わりそのエネルギーを散逸する。
【０００６】その結果、高エネルギーの電子はこの障壁
を横切ってコレクタに入りうるが他のエネルギーレベル
の低い電子は第２障壁を横切ることが出来ず井戸内に留
まり、ベース金属化部分を介して横方向に逃げてベース
電流を増大させると共にそのトランジスタの利得を低下
させる。
を横切ってコレクタに入りうるが他のエネルギーレベル
の低い電子は第２障壁を横切ることが出来ず井戸内に留
まり、ベース金属化部分を介して横方向に逃げてベース
電流を増大させると共にそのトランジスタの利得を低下
させる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は共鳴トン
ネル効果トランジスタにおける電子がベース内でそのエ
ネルギーレベルを変化しないようにしてベース電流の小
さいそして利得および遮断周波数の高いトランジスタを
得ることである。この目的は量子井戸を形成する半導体
層の横方向の面に直角の方向にすでに生じている量子化
（quanticization）現象を横方向に誘起させるためにそ
れら半導体層の横方向寸法を制限することにより達成さ
れる。
ネル効果トランジスタにおける電子がベース内でそのエ
ネルギーレベルを変化しないようにしてベース電流の小
さいそして利得および遮断周波数の高いトランジスタを
得ることである。この目的は量子井戸を形成する半導体
層の横方向の面に直角の方向にすでに生じている量子化
（quanticization）現象を横方向に誘起させるためにそ
れら半導体層の横方向寸法を制限することにより達成さ
れる。
【０００８】
【作用】サブバンド（sub-band）と呼ばれるエネルギー
準位がこのとき量子化により更に独立した状態に分割さ
れるものと思われる。独立した状態間の緩和はサブバン
ド間の緩和より困難である。その理由は、電子は二つの
状態間のエネルギー差に等しいエネルギーをもつホノン
を放出することによってのみ緩和するからである。電子
が量子井戸内で緩和出来ないとすればそれらのエネルギ
ー準位は第２の井戸障壁をコレクタへと横切ることが出
来るに充分な高さとなり、それによりベース電流が低下
しトランジスタの利得が増大する。量子井戸の横方向寸
法を減少させることは集積回路の集積度をより高めうる
ようにするための単なる幾何的な段階ではない。これ
は、量子現象を発生させそして量子井戸層の部分を量子
ボックス内にとじ込めそこでキャリアの動きを井戸の深
さ方向のみではなく三っの方向すべてにおいて量子化す
るという物理的なことである。
準位がこのとき量子化により更に独立した状態に分割さ
れるものと思われる。独立した状態間の緩和はサブバン
ド間の緩和より困難である。その理由は、電子は二つの
状態間のエネルギー差に等しいエネルギーをもつホノン
を放出することによってのみ緩和するからである。電子
が量子井戸内で緩和出来ないとすればそれらのエネルギ
ー準位は第２の井戸障壁をコレクタへと横切ることが出
来るに充分な高さとなり、それによりベース電流が低下
しトランジスタの利得が増大する。量子井戸の横方向寸
法を減少させることは集積回路の集積度をより高めうる
ようにするための単なる幾何的な段階ではない。これ
は、量子現象を発生させそして量子井戸層の部分を量子
ボックス内にとじ込めそこでキャリアの動きを井戸の深
さ方向のみではなく三っの方向すべてにおいて量子化す
るという物理的なことである。
【０００９】詳細に述べれば、本発明は、狭い禁制帯を
もつ半導体層で形成されそして広い禁制帯をもつ２層の
半導体からなる２個の障壁間に置かれる少くとも１個の
量子井戸を含み、上記３層はそれらの成長方向と量子化
が生じるように薄くされ、この量子井戸がド・ブロイ波
長より小さい横寸法を有する量子ボックスを形成する空
乏領域により上記３層の面内で横方向に境界をつくられ
るごとくなった共鳴トンネル効果量子井戸トランジスタ
である。
もつ半導体層で形成されそして広い禁制帯をもつ２層の
半導体からなる２個の障壁間に置かれる少くとも１個の
量子井戸を含み、上記３層はそれらの成長方向と量子化
が生じるように薄くされ、この量子井戸がド・ブロイ波
長より小さい横寸法を有する量子ボックスを形成する空
乏領域により上記３層の面内で横方向に境界をつくられ
るごとくなった共鳴トンネル効果量子井戸トランジスタ
である。
【００１０】
【実施例】図１は本発明の理解をたすけるための量子井
戸トランジスタの構造の概略である。量子井戸の寸法に
より、この構造は必然的に竪形であり、厚さは半導体層
が成長する期間を制御することで制御される。基板１に
より支持される量子井戸トランジスタではエミッタ（ま
たはソース）電極２からコレクタ（またはドレン）電極
３への電流は、エミッタ電極２を支持するメサ８のまわ
りに一般に蒸着されるベース（またはゲート）電極７に
より制御される量子井戸を形成する一連の薄層４，５，
６により制御される。領域９はこの量子井戸を電極２と
７から絶縁している。層１，９，８は接触を滑らかにす
る等のためにドーパント濃度に傾斜を有する副層を夫々
含むことが出来るが、それら層は本発明のトランジスタ
の動作を理解する上で必要がないためここには示してい
ない。
戸トランジスタの構造の概略である。量子井戸の寸法に
より、この構造は必然的に竪形であり、厚さは半導体層
が成長する期間を制御することで制御される。基板１に
より支持される量子井戸トランジスタではエミッタ（ま
たはソース）電極２からコレクタ（またはドレン）電極
３への電流は、エミッタ電極２を支持するメサ８のまわ
りに一般に蒸着されるベース（またはゲート）電極７に
より制御される量子井戸を形成する一連の薄層４，５，
６により制御される。領域９はこの量子井戸を電極２と
７から絶縁している。層１，９，８は接触を滑らかにす
る等のためにドーパント濃度に傾斜を有する副層を夫々
含むことが出来るが、それら層は本発明のトランジスタ
の動作を理解する上で必要がないためここには示してい
ない。
【００１１】従来のこの種のトランジスタでは量子井戸
４，５，６に対する半導体層の面内の境界はない。すな
わち、従来のマスク技術では既知の量子井戸の横方向寸
法は少くとも１または２ミクロンであって非常に大き
い。このトランジスタに用いられる半導体材料は好適に
はＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰ，…等のようなIII
−Ｖ族の材料であり、そして中央の層４の禁制帯は障壁
層５と６のそれより狭くなっておりそして、エミッタ領
域８，９およびコレクタ領域１のそれよりも狭いものが
ある。
４，５，６に対する半導体層の面内の境界はない。すな
わち、従来のマスク技術では既知の量子井戸の横方向寸
法は少くとも１または２ミクロンであって非常に大き
い。このトランジスタに用いられる半導体材料は好適に
はＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ，ＩｎＰ，…等のようなIII
−Ｖ族の材料であり、そして中央の層４の禁制帯は障壁
層５と６のそれより狭くなっておりそして、エミッタ領
域８，９およびコレクタ領域１のそれよりも狭いものが
ある。
【００１２】一つの構造における少くとも一つの寸法が
ド・ブロイ波長より短ければ量子現象が生じる。量子井
戸内では厚さが２０nm未満である層４の狭い禁制帯によ
り、電子は一つの井戸の形の電位エネルギーをもつこと
が出来、そしてそれらの最も好ましいエネルギー準位は
それらがその井戸内にあるときのそれである。量子力学
的トンネル効果により、波動関数は障壁材料５と６にわ
ずかに入ることが出来るだけであるから、まずはじめの
近似として電子波動関数が２個の井戸界面で消滅すると
考えることが出来る。この場合、これら層に直角の動き
に対するシュレーディンガーの方程式の解を表わす波動
関数は独立した量子化関数となる。その結果、電子のエ
ネルギー準位がそれら波動関数に依存することになり、
成長方向すなわちそれら層に直角の方向の動きに対応す
るエネルギーも量子化される。
ド・ブロイ波長より短ければ量子現象が生じる。量子井
戸内では厚さが２０nm未満である層４の狭い禁制帯によ
り、電子は一つの井戸の形の電位エネルギーをもつこと
が出来、そしてそれらの最も好ましいエネルギー準位は
それらがその井戸内にあるときのそれである。量子力学
的トンネル効果により、波動関数は障壁材料５と６にわ
ずかに入ることが出来るだけであるから、まずはじめの
近似として電子波動関数が２個の井戸界面で消滅すると
考えることが出来る。この場合、これら層に直角の動き
に対するシュレーディンガーの方程式の解を表わす波動
関数は独立した量子化関数となる。その結果、電子のエ
ネルギー準位がそれら波動関数に依存することになり、
成長方向すなわちそれら層に直角の方向の動きに対応す
るエネルギーも量子化される。
【００１３】これら層に平行な、すなわちトランジスタ
を横切る電子の動きは量子化には影響されない。これは
自由度が２の自由粒子の２次元動作である。このことは
図２から容易に理解しうる。図２は埋込まれた量子井戸
を有する共鳴トンネル効果トランジスタの伝導帯を示
す。この図では図１の層を表わすために同一の参照数字
を用いている。軸Ｚはそれらの層が成長する方向であ
る。障壁５と６は、エミッタ領域９およびコレクタ領域
１における例えばＧａＡｓである材料の禁制帯よりも広
い禁制帯を有する例えばＡｌＧａＡｓのような半導体材
料からなる。井戸４の材料、例えばＩｎＧａＡｓの禁制
帯の幅は他の材料より狭い。この井戸は、基準エネルギ
ー準位Ｅ0 がエミッタの伝導帯ＢＣ内となるように充分
深く且つ広い（軸Ｚに沿って５−２０nm）。この井戸の
幅を選ぶことにより、電子を基底レベルＥ0 内にのみ
“結合”状態で集中させることが出来る。
を横切る電子の動きは量子化には影響されない。これは
自由度が２の自由粒子の２次元動作である。このことは
図２から容易に理解しうる。図２は埋込まれた量子井戸
を有する共鳴トンネル効果トランジスタの伝導帯を示
す。この図では図１の層を表わすために同一の参照数字
を用いている。軸Ｚはそれらの層が成長する方向であ
る。障壁５と６は、エミッタ領域９およびコレクタ領域
１における例えばＧａＡｓである材料の禁制帯よりも広
い禁制帯を有する例えばＡｌＧａＡｓのような半導体材
料からなる。井戸４の材料、例えばＩｎＧａＡｓの禁制
帯の幅は他の材料より狭い。この井戸は、基準エネルギ
ー準位Ｅ0 がエミッタの伝導帯ＢＣ内となるように充分
深く且つ広い（軸Ｚに沿って５−２０nm）。この井戸の
幅を選ぶことにより、電子を基底レベルＥ0 内にのみ
“結合”状態で集中させることが出来る。
【００１４】ベース上の“電子のタンク”として作用す
るオーミック接点を用いることにより、井戸内での表面
電荷密度ｎs を変えることが出来る。ベースとエミッタ
間の電圧ＶBEを変えることによりエミッタのフェルミ準
位ＥFEとベースのＥFBの差を変えることが出来る。基底
レベルＥ0 の電荷は差ＥFB−Ｅ0 に直接依存するから、
ＶBEは表面電荷密度ｎs を変調するために使用すること
が出来る。これは井戸内のバンド分布そしてそれ故励起
レベルＥ1 の位置に影響して、１次近似ではエミッタフ
ェルミ準位ＥFEの下であるエミッタ内での準位（１０）
のポピュレーションに対し伝導を保証する。ＥFE（固
定）とＥ1 の間の関係は変化し、図２では障壁５と６を
横切る電子ｅ- で示すエミッタとコレクタの間のトンネ
ル電流を変調させることが出来る。
るオーミック接点を用いることにより、井戸内での表面
電荷密度ｎs を変えることが出来る。ベースとエミッタ
間の電圧ＶBEを変えることによりエミッタのフェルミ準
位ＥFEとベースのＥFBの差を変えることが出来る。基底
レベルＥ0 の電荷は差ＥFB−Ｅ0 に直接依存するから、
ＶBEは表面電荷密度ｎs を変調するために使用すること
が出来る。これは井戸内のバンド分布そしてそれ故励起
レベルＥ1 の位置に影響して、１次近似ではエミッタフ
ェルミ準位ＥFEの下であるエミッタ内での準位（１０）
のポピュレーションに対し伝導を保証する。ＥFE（固
定）とＥ1 の間の関係は変化し、図２では障壁５と６を
横切る電子ｅ- で示すエミッタとコレクタの間のトンネ
ル電流を変調させることが出来る。
【００１５】実際には井戸に注入される電荷の無視しえ
ない部分が非常に急速に基底準位Ｅ0 へと緩和する。そ
れ故それら電荷は基底準位Ｅ0 となり、そして結果とし
てのエミッタ‐ベース電流がトランジスタの利得を低下
させるからトランジスタの動作を禁止する。ヘテロ構造
のトランジスタの欠点はそれらの性能が室温で低いもの
となることであることは周知である。障壁間のエネルギ
ー準位の差ΔＥc はショットキ障壁（６００−８００ｍ
ｅＶ）、ＭＯＳ界面（３ｅＶ）またはシリコンまたはＧ
ａＡｓの禁制帯と比較して低い（３００ｍｅｖ）から、
漏れ電流が非常に大きい。励起準位Ｅ1 から基底準位Ｅ
0 への緩和時間はトンネル効果により擬結合状態Ｅ1 の
寿命に近い。電荷のＥ1 からＥ0 への緩和の相対的容易
さは図３により理解しうる。図３は量子井戸の表面に平
行な、すなわちトランジスタとしては横方向の電子の動
きＫ／／に対してエネルギー準位Ｅをプロットしたもの
である。
ない部分が非常に急速に基底準位Ｅ0 へと緩和する。そ
れ故それら電荷は基底準位Ｅ0 となり、そして結果とし
てのエミッタ‐ベース電流がトランジスタの利得を低下
させるからトランジスタの動作を禁止する。ヘテロ構造
のトランジスタの欠点はそれらの性能が室温で低いもの
となることであることは周知である。障壁間のエネルギ
ー準位の差ΔＥc はショットキ障壁（６００−８００ｍ
ｅＶ）、ＭＯＳ界面（３ｅＶ）またはシリコンまたはＧ
ａＡｓの禁制帯と比較して低い（３００ｍｅｖ）から、
漏れ電流が非常に大きい。励起準位Ｅ1 から基底準位Ｅ
0 への緩和時間はトンネル効果により擬結合状態Ｅ1 の
寿命に近い。電荷のＥ1 からＥ0 への緩和の相対的容易
さは図３により理解しうる。図３は量子井戸の表面に平
行な、すなわちトランジスタとしては横方向の電子の動
きＫ／／に対してエネルギー準位Ｅをプロットしたもの
である。
【００１６】境界のない面積をもつ層からなる不定電位
の量子井戸については障壁に平行な二つの方向における
電子の自由運動により連続したエネルギーのサブバンド
状態が生じる。一つの電子はエネルギーｈω10（ｈ＝プ
ランク定数／２π、ω＝角速度）をもつ光学的ホノンを
容易に放出出来るから、低いエネルギー準位への遷移を
生じさせそして擬結合バンドＥ1 から結合バンドＥ0 へ
と緩和する。この緩和は、井戸が障壁に平行な二つの方
向に量子化されないためにＥ0 とＥ1 のようなエネルギ
ー準位のみとなりそしてホノンエネルギーがそれら二つ
のバンドの差に対応することになるという事実により可
能となるものである。
の量子井戸については障壁に平行な二つの方向における
電子の自由運動により連続したエネルギーのサブバンド
状態が生じる。一つの電子はエネルギーｈω10（ｈ＝プ
ランク定数／２π、ω＝角速度）をもつ光学的ホノンを
容易に放出出来るから、低いエネルギー準位への遷移を
生じさせそして擬結合バンドＥ1 から結合バンドＥ0 へ
と緩和する。この緩和は、井戸が障壁に平行な二つの方
向に量子化されないためにＥ0 とＥ1 のようなエネルギ
ー準位のみとなりそしてホノンエネルギーがそれら二つ
のバンドの差に対応することになるという事実により可
能となるものである。
【００１７】この事は、量子井戸層の寸法をド・ブロイ
波長より小さい値に制限することによりそれらが横方向
の境界をもつようにした本発明による量子ボックストラ
ンジスタについては当てはまらない。それらの層の成長
方向以外の方向で自由度がないために横方向の独立した
状態への量子化が生じ、独立したエネルギー準位が生じ
る。二つの準位間の間隔がホノンエネルギーを表わすも
のではないときにはそれら準位間の遷移は不可能であ
る。その結果、井戸内の電子は少くなり、ベース電流が
減少し利得が大きくなる。
波長より小さい値に制限することによりそれらが横方向
の境界をもつようにした本発明による量子ボックストラ
ンジスタについては当てはまらない。それらの層の成長
方向以外の方向で自由度がないために横方向の独立した
状態への量子化が生じ、独立したエネルギー準位が生じ
る。二つの準位間の間隔がホノンエネルギーを表わすも
のではないときにはそれら準位間の遷移は不可能であ
る。その結果、井戸内の電子は少くなり、ベース電流が
減少し利得が大きくなる。
【００１８】図４は本発明による量子トランジスタの断
面を示す。このトランジスタはＧａＡａのようなIII −
Ｖ族の材料からなる基板１１により支持される一連の層
を含み、それら層の成長（Ｚ方向）は注意深く制御され
そして、それら層は下記のものを含む。 ―ドーピングされていないか、あるいは僅かにＮ形とな
るようにドーピングされた厚さ３０−５０nmのＧａＡａ
からなるスペーサ１２。 ―ドーピングされないＡｌｘＧａ1-x Ａｓからなる厚さ
２nmの第１障壁１３。 ―ドーピングされないＧａｙＩｎ1-y Ａｓ（但しｙ＝
０．８５）からなる厚さ１０nmの量子井戸１４。 ―第１障壁と同じ第２障壁１５。 ―スペーサ１２と同じスペーサ１６。 ―成長中にＳｉイオンを注入することによるプラナドー
ピングによってつくられるｎ+ ドーピングされたＧａＡ
ｓからなるエミッタメサ１７。 ―基板１１の背面上の、ｎ+ ドーピングされたＧａＡｓ
からなるコレクタ接点１８。
面を示す。このトランジスタはＧａＡａのようなIII −
Ｖ族の材料からなる基板１１により支持される一連の層
を含み、それら層の成長（Ｚ方向）は注意深く制御され
そして、それら層は下記のものを含む。 ―ドーピングされていないか、あるいは僅かにＮ形とな
るようにドーピングされた厚さ３０−５０nmのＧａＡａ
からなるスペーサ１２。 ―ドーピングされないＡｌｘＧａ1-x Ａｓからなる厚さ
２nmの第１障壁１３。 ―ドーピングされないＧａｙＩｎ1-y Ａｓ（但しｙ＝
０．８５）からなる厚さ１０nmの量子井戸１４。 ―第１障壁と同じ第２障壁１５。 ―スペーサ１２と同じスペーサ１６。 ―成長中にＳｉイオンを注入することによるプラナドー
ピングによってつくられるｎ+ ドーピングされたＧａＡ
ｓからなるエミッタメサ１７。 ―基板１１の背面上の、ｎ+ ドーピングされたＧａＡｓ
からなるコレクタ接点１８。
【００１９】エミッタ接点層１６と１７上のメサをエッ
チングするための周知であってここでは詳述しない技術
を次に用いる。これら層の面に平行なこのメサの横方向
寸法は２０nmから５０nmである。エミッタ金属化部分１
９を次にこのメサの上に堆積し、そしてコレクタ金属化
部分２０をコレクタ接点１８の上に堆積する。合金では
ないベース金属化部分２１を次にこのメサの底に堆積す
る。この金属化部分は量子井戸１４の短絡を防ぐために
薄いものとされる。ベース接点２１はメサ１６，１７の
間の距離はほぼ量子井戸１３，１４，１５の深さであ
り、この例では１４nmである。電子は、横方向には２つ
の障壁１３と１５の間の層１４内に、メサと接点２１の
間のプレ表面電位により限定される。
チングするための周知であってここでは詳述しない技術
を次に用いる。これら層の面に平行なこのメサの横方向
寸法は２０nmから５０nmである。エミッタ金属化部分１
９を次にこのメサの上に堆積し、そしてコレクタ金属化
部分２０をコレクタ接点１８の上に堆積する。合金では
ないベース金属化部分２１を次にこのメサの底に堆積す
る。この金属化部分は量子井戸１４の短絡を防ぐために
薄いものとされる。ベース接点２１はメサ１６，１７の
間の距離はほぼ量子井戸１３，１４，１５の深さであ
り、この例では１４nmである。電子は、横方向には２つ
の障壁１３と１５の間の層１４内に、メサと接点２１の
間のプレ表面電位により限定される。
【００２０】金属化部分１９と２１に電圧が加えられる
と、空乏領域２２がメサの底に形成しそして、層面と平
行な横方向寸法がド・ブロイ波長より小さい“量子ボッ
クス”を形成する量子井戸１３，１４，１５の部分を包
み込む。実際にはエネルギー準位Ｅ0 とＥ1 の間の差は
このボックスの横方向の寸法、すなわち電子を横方向に
おいて区分けする電位の幅に依存する。この幅はホノン
エネルギーを３６ｍｅＶとすると約２０nmである。厚さ
１．７nmのＡｌＧａＡｓ障壁および深さ１０nmのＧａ
1-y ＩｎｙＡｓ（ｙ＝０．８５）の井戸についてはその
井戸の底は伝導帯の底から約１５０ｍｅＶだけ下とな
る。深さ１０nmの井戸ではこのオフセットは基底Ｅ0 を
全体的に限定し、そしてＥ1 とＥ0 の間の遷移を、それ
らの間のスペースがｈω10を越えるために、不可能にす
るに充分である。
と、空乏領域２２がメサの底に形成しそして、層面と平
行な横方向寸法がド・ブロイ波長より小さい“量子ボッ
クス”を形成する量子井戸１３，１４，１５の部分を包
み込む。実際にはエネルギー準位Ｅ0 とＥ1 の間の差は
このボックスの横方向の寸法、すなわち電子を横方向に
おいて区分けする電位の幅に依存する。この幅はホノン
エネルギーを３６ｍｅＶとすると約２０nmである。厚さ
１．７nmのＡｌＧａＡｓ障壁および深さ１０nmのＧａ
1-y ＩｎｙＡｓ（ｙ＝０．８５）の井戸についてはその
井戸の底は伝導帯の底から約１５０ｍｅＶだけ下とな
る。深さ１０nmの井戸ではこのオフセットは基底Ｅ0 を
全体的に限定し、そしてＥ1 とＥ0 の間の遷移を、それ
らの間のスペースがｈω10を越えるために、不可能にす
るに充分である。
【００２１】サイズが小さいために、本発明のトランジ
スタは垂直型でなくてはならない。これは１．７nmのよ
うな距離を正確に制御するための唯一の手段である。こ
れは、量子井戸障壁１５上に直接堆積されるオーミック
ベース接点２１がベース層とコレクタ層の短絡を避ける
ために僅かに拡散されねばならないことを意味する。
スタは垂直型でなくてはならない。これは１．７nmのよ
うな距離を正確に制御するための唯一の手段である。こ
れは、量子井戸障壁１５上に直接堆積されるオーミック
ベース接点２１がベース層とコレクタ層の短絡を避ける
ために僅かに拡散されねばならないことを意味する。
【００２２】
【発明の効果】上述のようにトランジスタ効果は空間電
荷と反応して準位Ｅ1 を変更する井戸内の空間電荷を変
調することによって得られる。本発明による量子井戸ト
ランジスタは２００ＧＨｚまでの周波数で動作し、それ
故高速電子機器に用いて有利である。
荷と反応して準位Ｅ1 を変更する井戸内の空間電荷を変
調することによって得られる。本発明による量子井戸ト
ランジスタは２００ＧＨｚまでの周波数で動作し、それ
故高速電子機器に用いて有利である。
【図１】従来の共鳴トンネルトランジスタの概略断面
図。
図。
【図２】量子井戸内の伝導帯を示す図。
【図３】量子井戸内の平行動作に対するエネルギー準位
を示す図。
を示す図。
【図４】本発明による量子ボックストランジスタの概略
断面図。
断面図。
１，１１ 基板、コレクタ領域 ２ エミッタ電極 ３ コレクタ電極 ４ 中央層 ５，６ 障壁層 ７ ベース電極 ８，９ エミッタ領域 １２，１６ スペーサ １３ 第１障壁 １４ 量子井戸 １５ 第２障壁 １７ エミッタメサ １８ コレクタメサ １９ エミッタ金属部分 ２０ コレクタ金属部分 ２１ ベース金属部分
Claims (5)
- 【請求項１】狭い禁制帯をもつ半導体層で形成されそし
て広い禁制帯をもつ２層の半導体からなる２個の障壁間
に置かれる少くとも１個の量子井戸を含み、上記３層は
それらの成長軸（Ｚ）に沿って量子化効果が生じるよう
に薄いものであり、上記量子井戸が、ド・ブロイの波長
より小さい横寸法を有する量子ボックスを形成する空乏
領域により上記３層の面内で横方向に境界をつけられる
ことを特徴とする共鳴トンネル効果量子井戸トランジス
タ。 - 【請求項２】前記トランジスタのエミッタ層とコレクタ
層はＧａＡｓで、 障壁はＡｌｘＧａ1-x Ａｓ（０＜ｘ＜１）で、 井戸（１４）はＧａ1-y ＩｎｙＡｓ（０＜ｙ＜１）であ
ることを特徴とする請求項１記載のトランジスタ。 - 【請求項３】前記井戸層の部分はＧａ1-y ＩｎｙＡｓで
あり、残りがＧａＡｓであることを特徴とする請求項２
記載のトランジスタ。 - 【請求項４】前記井戸半導体の禁制帯の高さは前記エミ
ッタおよびコレクタ層をつくる半導体の高さより小さい
ことを特徴とする請求項１記載のトランジスタ。 - 【請求項５】前記成長軸（Ｚ）に沿った前記層の厚さは
前記井戸については約１０nm、前記障壁については２nm
であり、前記量子ボックスの横寸法は２０nmと５０nmの
間であることを特徴とする請求項１記載のトランジス
タ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9115270A FR2684807B1 (fr) | 1991-12-10 | 1991-12-10 | Transistor a puits quantique a effet tunnel resonnant. |
| FR9115270 | 1991-12-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05243559A true JPH05243559A (ja) | 1993-09-21 |
Family
ID=9419852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4329302A Pending JPH05243559A (ja) | 1991-12-10 | 1992-12-09 | 共鳴トンネル効果量子井戸トランジスタ |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5432362A (ja) |
| EP (1) | EP0551030B1 (ja) |
| JP (1) | JPH05243559A (ja) |
| DE (1) | DE69201436T2 (ja) |
| FR (1) | FR2684807B1 (ja) |
Families Citing this family (27)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6642574B2 (en) | 1997-10-07 | 2003-11-04 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
| US6169308B1 (en) | 1996-11-15 | 2001-01-02 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor memory device and manufacturing method thereof |
| US6060723A (en) * | 1997-07-18 | 2000-05-09 | Hitachi, Ltd. | Controllable conduction device |
| FR2757684B1 (fr) * | 1996-12-20 | 1999-03-26 | Thomson Csf | Detecteur infrarouge a structure quantique, non refroidie |
| ATE236454T1 (de) * | 1997-09-05 | 2003-04-15 | Hitachi Europ Ltd | Bauelement mit gesteuerter leitung |
| US7658772B2 (en) * | 1997-09-08 | 2010-02-09 | Borealis Technical Limited | Process for making electrode pairs |
| US6281514B1 (en) * | 1998-02-09 | 2001-08-28 | Borealis Technical Limited | Method for increasing of tunneling through a potential barrier |
| US20070108437A1 (en) * | 1998-06-08 | 2007-05-17 | Avto Tavkhelidze | Method of fabrication of high temperature superconductors based on new mechanism of electron-electron interaction |
| US6680214B1 (en) * | 1998-06-08 | 2004-01-20 | Borealis Technical Limited | Artificial band gap |
| US7074498B2 (en) * | 2002-03-22 | 2006-07-11 | Borealis Technical Limited | Influence of surface geometry on metal properties |
| US7651875B2 (en) * | 1998-06-08 | 2010-01-26 | Borealis Technical Limited | Catalysts |
| US6118136A (en) * | 1998-07-31 | 2000-09-12 | National Science Council Of Republic Of China | Superlatticed negative-differential-resistance functional transistor |
| US8574663B2 (en) * | 2002-03-22 | 2013-11-05 | Borealis Technical Limited | Surface pairs |
| WO2005039619A1 (en) * | 2003-10-03 | 2005-05-06 | Allergan, Inc. | Compositions and methods comprising prostaglandin-related compounds and trefoil factor family peptides for the treatment of glaucoma with reduced hyperemia |
| GB0415426D0 (en) * | 2004-07-09 | 2004-08-11 | Borealis Tech Ltd | Thermionic vacuum diode device with adjustable electrodes |
| US20060028685A1 (en) * | 2004-08-04 | 2006-02-09 | Nicole Proulx | Method for allowing users to specify multiple quality settings on mixed printouts |
| US7008806B1 (en) * | 2004-08-24 | 2006-03-07 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Multi-subband criterion for the design of a double-barrier quantum-well intrinsic oscillator |
| GB0501413D0 (en) * | 2005-01-24 | 2005-03-02 | Tavkhelidze Avto | Method for modification of built in potential of diodes |
| GB0515635D0 (en) * | 2005-07-29 | 2005-09-07 | Harbron Stuart | Transistor |
| GB0518132D0 (en) * | 2005-09-06 | 2005-10-12 | Cox Isaiah W | Cooling device using direct deposition of diode heat pump |
| US7427786B1 (en) | 2006-01-24 | 2008-09-23 | Borealis Technical Limited | Diode device utilizing bellows |
| US8227885B2 (en) | 2006-07-05 | 2012-07-24 | Borealis Technical Limited | Selective light absorbing semiconductor surface |
| GB0617934D0 (en) * | 2006-09-12 | 2006-10-18 | Borealis Tech Ltd | Transistor |
| GB0618268D0 (en) * | 2006-09-18 | 2006-10-25 | Tavkhelidze Avto | High efficiency solar cell with selective light absorbing surface |
| GB0700071D0 (en) * | 2007-01-04 | 2007-02-07 | Borealis Tech Ltd | Multijunction solar cell |
| US8816192B1 (en) | 2007-02-09 | 2014-08-26 | Borealis Technical Limited | Thin film solar cell |
| US10958216B2 (en) | 2019-08-22 | 2021-03-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Semiconductor device and operation method thereof |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4617724A (en) * | 1983-06-30 | 1986-10-21 | Fujitsu Limited | Process for fabricating heterojunction bipolar transistor with low base resistance |
| FR2583577B1 (fr) * | 1985-06-18 | 1987-08-07 | Thomson Csf | Procede de realisation d'un dispositif photodetecteur semi-conducteur a avalanche et dispositif ainsi realise |
| FR2600821B1 (fr) * | 1986-06-30 | 1988-12-30 | Thomson Csf | Dispositif semi-conducteur a heterojonction et double canal, son application a un transistor a effet de champ, et son application a un dispositif de transductance negative |
| JPS6331165A (ja) * | 1986-07-18 | 1988-02-09 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | 共鳴トンネリング半導体デバイス |
| FR2612334B1 (fr) * | 1986-12-12 | 1989-04-21 | Thomson Csf | Dispositif de multiplication de porteurs de charge par un phenomene d'avalanche et son application aux photodetecteurs, aux photocathodes, et aux visionneurs infrarouges |
| JPH0779158B2 (ja) * | 1988-11-19 | 1995-08-23 | 新技術事業団 | 結合量子箱列構造半導体 |
| FR2653229B1 (fr) * | 1989-10-12 | 1992-01-17 | Thomson Csf | Detecteur capacitif d'onde electromagnetique. |
| US5012301A (en) * | 1990-02-22 | 1991-04-30 | Northern Telecom Limited | Three terminal semiconductor device |
| US5093699A (en) * | 1990-03-12 | 1992-03-03 | Texas A & M University System | Gate adjusted resonant tunnel diode device and method of manufacture |
-
1991
- 1991-12-10 FR FR9115270A patent/FR2684807B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-12-01 EP EP92403241A patent/EP0551030B1/fr not_active Expired - Lifetime
- 1992-12-01 DE DE69201436T patent/DE69201436T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-09 JP JP4329302A patent/JPH05243559A/ja active Pending
-
1994
- 1994-01-10 US US08/180,795 patent/US5432362A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69201436T2 (de) | 1995-06-14 |
| US5432362A (en) | 1995-07-11 |
| DE69201436D1 (de) | 1995-03-23 |
| EP0551030A1 (fr) | 1993-07-14 |
| EP0551030B1 (fr) | 1995-02-15 |
| FR2684807A1 (fr) | 1993-06-11 |
| FR2684807B1 (fr) | 2004-06-11 |
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