JPH0587153B2 - - Google Patents
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- JPH0587153B2 JPH0587153B2 JP61302866A JP30286686A JPH0587153B2 JP H0587153 B2 JPH0587153 B2 JP H0587153B2 JP 61302866 A JP61302866 A JP 61302866A JP 30286686 A JP30286686 A JP 30286686A JP H0587153 B2 JPH0587153 B2 JP H0587153B2
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Classifications
-
- 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
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/8618—Diodes with bulk potential barrier, e.g. Camel diodes, Planar Doped Barrier diodes, Graded bandgap diodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
- H01L27/0605—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits made of compound material, e.g. AIIIBV
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は、レベル・シフト・ダイオードに於い
て、ヘテロ接合界面にて電子親和力の差でエネル
ギ・バンドの不連続を生ずる一導電型異種化合物
半導体ヘテロ接合形成層を積層することに依り、
電圧シフト量を段階的でなく連続的に変え得るよ
うにしたものである。
て、ヘテロ接合界面にて電子親和力の差でエネル
ギ・バンドの不連続を生ずる一導電型異種化合物
半導体ヘテロ接合形成層を積層することに依り、
電圧シフト量を段階的でなく連続的に変え得るよ
うにしたものである。
本発明は、半導体のヘテロ接合に於けるエネル
ギ・バンドの不連続性を利用したレベル・シフ
ト・ダイオードに関する。
ギ・バンドの不連続性を利用したレベル・シフ
ト・ダイオードに関する。
従来、シリコン系半導体装置に於いては、pn
接合に於ける順方向の電圧降下が略一定であるこ
とを利用し、トランジスタを用いた論理回路など
の電圧レベルを所定値だけシフトさせる為のダイ
オードを構成している。一つのpn接合に依る電
圧降下で足りない場合には、必要に応じて複数個
のダイオードを直列接続して使用する。
接合に於ける順方向の電圧降下が略一定であるこ
とを利用し、トランジスタを用いた論理回路など
の電圧レベルを所定値だけシフトさせる為のダイ
オードを構成している。一つのpn接合に依る電
圧降下で足りない場合には、必要に応じて複数個
のダイオードを直列接続して使用する。
また、GaAs系半導体装置に於いては、pn接合
の代わりにシヨツトキ接合を用いるようにしてい
る。
の代わりにシヨツトキ接合を用いるようにしてい
る。
前記説明したGaAs系半導体装置に於けるシヨ
ツトキ接合を用いたレベル・シフト・ダイオード
は、接合一つ当たりの電圧シフト量は0.6〜0.7
〔V〕と一定であるから、複数の接合を利用する
場合も、その整数倍のシフト量しか得られない。
ツトキ接合を用いたレベル・シフト・ダイオード
は、接合一つ当たりの電圧シフト量は0.6〜0.7
〔V〕と一定であるから、複数の接合を利用する
場合も、その整数倍のシフト量しか得られない。
本発明は、GaAs系半導体装置に於いてもレベ
ル・シフト・ダイオードの電圧シフト量を任意に
設定できるように、しかも、逆方向耐圧を高く維
持できるようにしようとする。
ル・シフト・ダイオードの電圧シフト量を任意に
設定できるように、しかも、逆方向耐圧を高く維
持できるようにしようとする。
前記問題点のうち、GaAs系半導体装置に於い
てもレベル・シフト・ダイオードの電圧シフト量
を任意に設定できるようにする、という問題のみ
を解消したいのであれば、次に説明するようなレ
ベル・シフト・ダイオードを用いると良い。
てもレベル・シフト・ダイオードの電圧シフト量
を任意に設定できるようにする、という問題のみ
を解消したいのであれば、次に説明するようなレ
ベル・シフト・ダイオードを用いると良い。
第1図は電圧シフト量を任意に設定できるよう
にしたレベル・シフト・ダイオードを表す要部切
断側面図である。
にしたレベル・シフト・ダイオードを表す要部切
断側面図である。
図に於いて、1はn+型GaAsアノード・コンタ
クト層、2はn型GaAsヘテロ接合形成層、3は
n型AlGaAsヘテロ接合形成層、4はn+型
AlGaAsカソード・コンタクト層、5はアノード
電極、6はカソード電極をそれぞれ示している。
クト層、2はn型GaAsヘテロ接合形成層、3は
n型AlGaAsヘテロ接合形成層、4はn+型
AlGaAsカソード・コンタクト層、5はアノード
電極、6はカソード電極をそれぞれ示している。
第2図は第1図に見られるレベル・シフト・ダ
イオードのエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表
している。
イオードのエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表
している。
図に於いて、Ecは伝導帯の底、ΔEaはn型
GaAsヘテロ接合形成層2とn型AlGaAsヘテロ
接合形成層3との電子親和力の差で生成されるエ
ネルギ・バンド・ギヤツプに於けるバリヤ高さを
それぞれ示している。
GaAsヘテロ接合形成層2とn型AlGaAsヘテロ
接合形成層3との電子親和力の差で生成されるエ
ネルギ・バンド・ギヤツプに於けるバリヤ高さを
それぞれ示している。
このレベル・シフト・ダイオードでは、アノー
ド電極5に正電圧を、カソード電極6に負電圧を
それぞれ印加し、その電圧を高めることに依り、
バリヤ高さEBが小さくなり、電流が流れるよう
になる。
ド電極5に正電圧を、カソード電極6に負電圧を
それぞれ印加し、その電圧を高めることに依り、
バリヤ高さEBが小さくなり、電流が流れるよう
になる。
第3図及び第4図はその様子を説明する為のも
ので、第3図A,B,Cはアノード電圧Vaの如
何に対応したエネルギ・バンド・ダイヤグラム
を、第4図はアノード電圧Va対アノード電流Iaの
線図をそれぞれ表し、第1図及び第2図に於いて
用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ
意味を持つものとする。
ので、第3図A,B,Cはアノード電圧Vaの如
何に対応したエネルギ・バンド・ダイヤグラム
を、第4図はアノード電圧Va対アノード電流Iaの
線図をそれぞれ表し、第1図及び第2図に於いて
用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ
意味を持つものとする。
第3図Aはアノード電圧Va=0の場合であつ
て、バリヤ高さΔEaは充分に高く、アノード電流
Iaは流れない。
て、バリヤ高さΔEaは充分に高く、アノード電流
Iaは流れない。
第3図Bはアノード電圧Va≦ΔEa/eの場合
であつて、バリヤ高さΔEaは低下し、アノード電
流Iaは僅かに流れ始める。
であつて、バリヤ高さΔEaは低下し、アノード電
流Iaは僅かに流れ始める。
第3図Cはアノード電圧Va≒ΔEa/eの場合
であつて、バリヤ高さΔEaは更に低下し、アノー
ド電流Iaは大量に流れて飽和する。
であつて、バリヤ高さΔEaは更に低下し、アノー
ド電流Iaは大量に流れて飽和する。
前記説明したレベル・シフト・ダイオードで
は、ヘテロ接合界面に於けるバリヤ高さΔEaの如
何に依つて電圧シフト量が変化し、そして、その
バリヤ高さΔEaはヘテロ接合界面を生成する為の
一方の半導体層であるn型AlGaAsヘテロ接合形
成層3に於ける組成、即ち、x値に依つて変える
ことができるものである。
は、ヘテロ接合界面に於けるバリヤ高さΔEaの如
何に依つて電圧シフト量が変化し、そして、その
バリヤ高さΔEaはヘテロ接合界面を生成する為の
一方の半導体層であるn型AlGaAsヘテロ接合形
成層3に於ける組成、即ち、x値に依つて変える
ことができるものである。
従つて、その電圧シフト量として、シヨツトキ
接合を用いた場合のように段階的なものでなく、
連続的に変えたものを実現することは極めて容易
である。
接合を用いた場合のように段階的なものでなく、
連続的に変えたものを実現することは極めて容易
である。
ところで、前記したレベル・シフト・ダイオー
ドは、n型AlGaAsヘテロ接合形成層3側、即
ち、カソード側に正電圧を印加した場合、n型
GaAsヘテロ接合形成層2に於ける伝導帯レベル
が高くなり、ヘテロ接合界面のポテンシヤル・バ
リヤを電子がトンネリングしてしまう。
ドは、n型AlGaAsヘテロ接合形成層3側、即
ち、カソード側に正電圧を印加した場合、n型
GaAsヘテロ接合形成層2に於ける伝導帯レベル
が高くなり、ヘテロ接合界面のポテンシヤル・バ
リヤを電子がトンネリングしてしまう。
これは、前記レベル・シフト・ダイオードが、
連続的に電圧シフト量を変化させることができる
という優れた特性をもつていても、逆方向耐圧が
極めて低い旨の重大な欠点があることを意味して
いる。
連続的に電圧シフト量を変化させることができる
という優れた特性をもつていても、逆方向耐圧が
極めて低い旨の重大な欠点があることを意味して
いる。
そこで、本発明に依るレベル・シフト・ダイオ
ードに於いては、半導体基板上にアノード側一導
電型化合物半導体ヘテロ接合形成層及び該一導電
型化合物半導体ヘテロ接合形成層に比較して電子
親和力が小さいカソード側一導電型化合物半導体
ヘテロ接合形成層を一組とする積層体の複数が積
層形成されてなる構成を採つている。
ードに於いては、半導体基板上にアノード側一導
電型化合物半導体ヘテロ接合形成層及び該一導電
型化合物半導体ヘテロ接合形成層に比較して電子
親和力が小さいカソード側一導電型化合物半導体
ヘテロ接合形成層を一組とする積層体の複数が積
層形成されてなる構成を採つている。
前記手段を採ることに依り、本発明のレベル・
シフト・ダイオードは、少なくとも三つのポテン
シヤル・バリヤが生成される構成になつていて、
逆方向耐圧は充分に高く維持することができ、ま
た、pn接合を利用するものに於ける段階的な電
圧シフト量と異なり、広い範囲にわたつて連続的
に適正な電圧シフト量を選択して設定することが
可能となり、そして、そのようなきめ細かい電圧
シフト量を得るには、エネルギ・バンドに不連続
を発生させるヘテロ接合界面を構成する一導電型
化合物半導体ヘテロ接合形成層の組成を適宜に変
えれば済み、従つて、その実施は容易である。
シフト・ダイオードは、少なくとも三つのポテン
シヤル・バリヤが生成される構成になつていて、
逆方向耐圧は充分に高く維持することができ、ま
た、pn接合を利用するものに於ける段階的な電
圧シフト量と異なり、広い範囲にわたつて連続的
に適正な電圧シフト量を選択して設定することが
可能となり、そして、そのようなきめ細かい電圧
シフト量を得るには、エネルギ・バンドに不連続
を発生させるヘテロ接合界面を構成する一導電型
化合物半導体ヘテロ接合形成層の組成を適宜に変
えれば済み、従つて、その実施は容易である。
第5図は本発明一実施例で関するエネルギ・バ
ンド・ダイヤグラムであり、AはVa=0の場合、
BはVa=2×ΔEa/eの場合をそれぞれ表し、
また、第6図は第5図に見られる実施例のアノー
ド電圧Va対アノード電流Iaの線図を表し、それぞ
れ第1図乃至第4図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
ンド・ダイヤグラムであり、AはVa=0の場合、
BはVa=2×ΔEa/eの場合をそれぞれ表し、
また、第6図は第5図に見られる実施例のアノー
ド電圧Va対アノード電流Iaの線図を表し、それぞ
れ第1図乃至第4図に於いて用いた記号と同記号
は同部分を示すか或いは同じ意味を持つものとす
る。
第5図から理解できようが、本実施例は、第1
図に見られるレベル・シフト・ダイオードを二つ
直列に接続した構成になつていることが明らかで
あり、その結果、三つのポテンシヤル・バリヤが
生成されている。
図に見られるレベル・シフト・ダイオードを二つ
直列に接続した構成になつていることが明らかで
あり、その結果、三つのポテンシヤル・バリヤが
生成されている。
即ち、二つのレベル・シフト・ダイオードを接
続した関係から、その間に逆直列のダイオードが
入つた構成となり、その結果、n+型GaAsアノー
ド・コンタクト層1側に正の電圧を印加した場
合、電圧シフト量は2×ΔEa/eとなる。
続した関係から、その間に逆直列のダイオードが
入つた構成となり、その結果、n+型GaAsアノー
ド・コンタクト層1側に正の電圧を印加した場
合、電圧シフト量は2×ΔEa/eとなる。
また、n+型AlGaAsカソード・コンタクト層4
側に正の電圧を印加した場合、電圧シフト量は中
央のポテンシヤル・バリヤの一つ分、従つて、
ΔEa/eとなる。
側に正の電圧を印加した場合、電圧シフト量は中
央のポテンシヤル・バリヤの一つ分、従つて、
ΔEa/eとなる。
前記したところから明らかであるが、本実施例
では、順方向で2×ΔEa/eの電圧シフト、逆方
向でΔEa/eの電圧シフトを有するレベル・シフ
ト・ダイオードが実現され、逆方向にも充分な耐
圧が得られているのである。
では、順方向で2×ΔEa/eの電圧シフト、逆方
向でΔEa/eの電圧シフトを有するレベル・シフ
ト・ダイオードが実現され、逆方向にも充分な耐
圧が得られているのである。
第7図は本発明に依るレベル・シフト・ダイオ
ードを用いたBFL(buffered field effect
transistor logic)回路の回路図を表している。
ードを用いたBFL(buffered field effect
transistor logic)回路の回路図を表している。
図に於いて、Q1乃至Q4はトランジスタ、D
はレベル・シフト・ダイオード、INは入力端、
OTは出力端、VDDは正側電源電圧、VSSは接地側
電源電圧をそれぞれ示している。
はレベル・シフト・ダイオード、INは入力端、
OTは出力端、VDDは正側電源電圧、VSSは接地側
電源電圧をそれぞれ示している。
第8図は第7図に於いて破線で囲んだ部分を具
体化した半導体装置の要部切断側面図を表し、第
7図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示す
か或いは同じ意味を持つものとする。
体化した半導体装置の要部切断側面図を表し、第
7図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示す
か或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、11は半絶縁性のGaAs基板、1
2はアン・ドープGaAs能動層、13はn+型
AlGaAs電子供給層、14はレベル・シフト・ダ
イオード形成層、15は素子間分離領域、16は
合金化領域、17は二次元電子ガス層、SQ3及
びSQ4はソース電極、DQ3並びにDQ4はドレ
イン電極、GQ3及びGQ4はゲート電極をそれ
ぞれ示している。
2はアン・ドープGaAs能動層、13はn+型
AlGaAs電子供給層、14はレベル・シフト・ダ
イオード形成層、15は素子間分離領域、16は
合金化領域、17は二次元電子ガス層、SQ3及
びSQ4はソース電極、DQ3並びにDQ4はドレ
イン電極、GQ3及びGQ4はゲート電極をそれ
ぞれ示している。
ここでは、トランジスタQ3及びQ4として高
電子移動度トランジスタ(high electron
mobility transistor:HEMT)を採用している。
電子移動度トランジスタ(high electron
mobility transistor:HEMT)を採用している。
第9図は第8図に見られるレベル・シフト・ダ
イオード形成層14の層構成を具体的に表した要
部切断側面図であり、第1図乃至第8図に於いて
用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ
意味を持つものとする。
イオード形成層14の層構成を具体的に表した要
部切断側面図であり、第1図乃至第8図に於いて
用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ
意味を持つものとする。
このレベル・シフト・ダイオード形成層14
は、その不純物濃度の高さからして、電極コンタ
クト層としても充分に機能することは勿論であ
る。
は、その不純物濃度の高さからして、電極コンタ
クト層としても充分に機能することは勿論であ
る。
第8図及び第9図から明らかなようにトランジ
スタQ3のソース電極SQ3とトランジスタQ4
のドレイン電極DQ4、従つて、出力端OTとの
間にはレベル・シフト・ダイオード形成層14か
らなるレベル・シフト・ダイオードDが介挿され
た構成になつていて、回路としてみれば、第7図
として示した回路と全く同じである。
スタQ3のソース電極SQ3とトランジスタQ4
のドレイン電極DQ4、従つて、出力端OTとの
間にはレベル・シフト・ダイオード形成層14か
らなるレベル・シフト・ダイオードDが介挿され
た構成になつていて、回路としてみれば、第7図
として示した回路と全く同じである。
本発明に依るレベル・シフト・ダイオードに於
いては、ヘテロ接合界面にて電子親和力の差でエ
ネルギ・バンドの不連続を生ずる一導電型異種化
合物半導体ヘテロ接合形成層を積層するようにし
ている。
いては、ヘテロ接合界面にて電子親和力の差でエ
ネルギ・バンドの不連続を生ずる一導電型異種化
合物半導体ヘテロ接合形成層を積層するようにし
ている。
前記構成を採ることに依り、本発明のレベル・
シフト・ダイオードに於いては、少なくとも三つ
のポテンシヤル・バリヤが生成されることになつ
て、順方向耐圧は勿論のこと、逆方向耐圧も充分
に高く維持することができる。また、pn接合を
利用するものに於ける段階的な電圧シフト量と異
なり、広い範囲にわたつて連続的に適正な電圧シ
フト量を選択して設定することが可能となり、そ
して、そのようなきめ細かい電圧シフト量を得る
には、エネルギ・バンドに不連続を発生させるヘ
テロ接合界面を構成する一導電型化合物半導体ヘ
テロ接合形成層の組成を適宜に変えれば済み、従
つて、その実施は容易である。
シフト・ダイオードに於いては、少なくとも三つ
のポテンシヤル・バリヤが生成されることになつ
て、順方向耐圧は勿論のこと、逆方向耐圧も充分
に高く維持することができる。また、pn接合を
利用するものに於ける段階的な電圧シフト量と異
なり、広い範囲にわたつて連続的に適正な電圧シ
フト量を選択して設定することが可能となり、そ
して、そのようなきめ細かい電圧シフト量を得る
には、エネルギ・バンドに不連続を発生させるヘ
テロ接合界面を構成する一導電型化合物半導体ヘ
テロ接合形成層の組成を適宜に変えれば済み、従
つて、その実施は容易である。
第1図はヘテロ接合を利用したレベル・シフ
ト・ダイオードを表す要部切断側面図、第2図は
第1図に見られるレベル・シフト・ダイオードの
エネルギ・バンド・ダイヤグラム、第3図A,
B,Cは第1図に見られるレベル・シフト・ダイ
オードの動作を説明するためのエネルギ・バン
ド・ダイヤグラム、第4図はアノード電圧Va対
アノード電流Iaの関係を示す線図、第5図A及び
B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6図は第5図に見られる
実施例のアノード電圧Va対アノード電流Iaの関係
を示す線図、第7図は本発明に依るレベル・シフ
ト・ダイオードを用いたBFL回路の回路図、第
8図は第7図に見られる回路の一部を具体化した
半導体装置の要部切断側面図、第9図は第8図に
見られるレベル・シフト・ダイオード形成層の層
構成を具体的に示した要部切断側面図をそれぞれ
そ表している。 図に於いて、1はn+型GaAsアノード・コンタ
クト層、2はn型GaAsヘテロ接合形成層、3は
n型AlGaAsヘテロ接合形成層、4はn+型
AlGaAsカソード・コンタクト層、5はアノード
電極、6はカソード電極をそれぞれ示している。
ト・ダイオードを表す要部切断側面図、第2図は
第1図に見られるレベル・シフト・ダイオードの
エネルギ・バンド・ダイヤグラム、第3図A,
B,Cは第1図に見られるレベル・シフト・ダイ
オードの動作を説明するためのエネルギ・バン
ド・ダイヤグラム、第4図はアノード電圧Va対
アノード電流Iaの関係を示す線図、第5図A及び
B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6図は第5図に見られる
実施例のアノード電圧Va対アノード電流Iaの関係
を示す線図、第7図は本発明に依るレベル・シフ
ト・ダイオードを用いたBFL回路の回路図、第
8図は第7図に見られる回路の一部を具体化した
半導体装置の要部切断側面図、第9図は第8図に
見られるレベル・シフト・ダイオード形成層の層
構成を具体的に示した要部切断側面図をそれぞれ
そ表している。 図に於いて、1はn+型GaAsアノード・コンタ
クト層、2はn型GaAsヘテロ接合形成層、3は
n型AlGaAsヘテロ接合形成層、4はn+型
AlGaAsカソード・コンタクト層、5はアノード
電極、6はカソード電極をそれぞれ示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上にアノード側一導電型化合物半
導体ヘテロ接合形成層及び該一導電型化合物半導
体ヘテロ接合形成層に比較して電子親和力が小さ
いカソード側一導電型化合物半導体ヘテロ接合形
成層を一組とする積層体の複数が積層形成されて
なること を特徴とするレベル・シフト・ダイオード。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61302866A JPS63156367A (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | レベル・シフト・ダイオ−ド |
EP87311148A EP0272885B1 (en) | 1986-12-20 | 1987-12-17 | Semiconductor device having level shift diode |
US07/398,281 US4963948A (en) | 1986-12-20 | 1989-08-22 | Semiconductor device having level shift diode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61302866A JPS63156367A (ja) | 1986-12-20 | 1986-12-20 | レベル・シフト・ダイオ−ド |
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