JPH09162360A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JPH09162360A
JPH09162360A JP34560695A JP34560695A JPH09162360A JP H09162360 A JPH09162360 A JP H09162360A JP 34560695 A JP34560695 A JP 34560695A JP 34560695 A JP34560695 A JP 34560695A JP H09162360 A JPH09162360 A JP H09162360A
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JP
Japan
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layer
ingaas
hemt
inalas
semiconductor device
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Application number
JP34560695A
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Japanese (ja)
Inventor
Jiei Chien Kebin
ケビン・ジェイ・チェン
Koichi Maezawa
宏一 前澤
Masashi Yamamoto
眞史 山本
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which exhibits such an I-V characteristic as to show a negative differential resistance characteristic of an RTD and which has such a characteristic that the valley current may be flat over a wide drain voltage range, when the gate voltage becomes a specified level or above. SOLUTION: This device is constituted of a multilayer film wherein a field- effect transistor (HEMT) layer which has an InAlAs/InGaAs selective dope hetero structure that is lattice-matched with InP and an InGaAs resonance tunnel diode layer are deposited in order. The HEMT layer and the resonance tunnel diode layer are electrically connected in series with each other. Between the HEMT layer and the resonance tunnel diode layer, a non-alloy ohmic contact layer consisting of an n<+> -InAlAs layer and an n<+> -InGaAs layer is inserted from the substrate side and then a selective etching stopper layer constituting of an n<+> -InAlAs layer is inserted on the non-alloy ohmic contact layer.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は高速で多機能の半導
体装置に関し、特に、量子効果を用いる共鳴トンネルダ
イオードとHEMTのモノリシック集積による半導体装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high-speed and multifunctional semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device which is a monolithic integration of a resonant tunneling diode and a HEMT using quantum effect.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、量子効果を応用する半導体電子デ
バイスの研究が盛んに行われている。この中でも二重障
壁構造からなる共鳴トンネルデバイスは、負性微分抵抗
特性に由来する機能性を活用することにより、集積回路
のゲート数やゲート段数が可能であり、半導体機能デバ
イスとして特に注目されている。さらに、共鳴トンネル
現象の高速化を活用することにより、発振器等の超高速
アナログデバイスとしても注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, active research has been conducted on semiconductor electronic devices that apply quantum effects. Among them, the resonant tunneling device composed of a double barrier structure is capable of increasing the number of gates and the number of gate stages of an integrated circuit by utilizing the functionality derived from the negative differential resistance characteristic, and thus has attracted particular attention as a semiconductor functional device. There is. Furthermore, by utilizing the speeding up of the resonant tunneling phenomenon, it is attracting attention as an ultra-high speed analog device such as an oscillator.

【0003】共鳴トンネルデバイスに必要な量子化の次
元数は縦方向の1次元のみで良く、このため、一原子層
単位の膜厚の制御が可能な分子線エピタキシャル成長技
術(MBE)あるいは有機金属気相成長法(MOCV
D)などのエピタキシャル成長技術のみを用いて、量子
構造である共鳴トンネル構造を形成できるため、量子井
戸の寸法を十分小さくすることが可能である。このた
め、共鳴トンネルデバイスは室温での動作が可能であ
り、この点からも、注目されている。一方、デバイスと
しての活用を考える場合、入力と出力の分離、利得等を
考えた場合、ダイオードよりも、トランジスタの方がは
るかに使いやすく、このため、共鳴トンネルデバイスの
三端子化が種々試みられている。
The number of dimensions of quantization required for the resonant tunneling device is only one dimension in the vertical direction. Therefore, the molecular beam epitaxial growth technique (MBE) or the metal organic vapor deposition technique capable of controlling the thickness of each atomic layer is used. Phase growth method (MOCV
Since the resonant tunneling structure, which is a quantum structure, can be formed only by using the epitaxial growth technique such as D), it is possible to sufficiently reduce the size of the quantum well. Therefore, the resonance tunnel device can operate at room temperature, and attention is paid also from this point. On the other hand, when considering the use as a device, considering the separation of input and output, the gain, etc., the transistor is much easier to use than the diode. Therefore, various attempts have been made to make the resonant tunnel device three-terminal. ing.

【0004】このような三端子共鳴トンネルデバイスと
して、ユニポーラ型のデバイスであるホットエレクトロ
ントランジスタのエミッタとベースの間に、共鳴トンネ
ルダイオードを挿入した共鳴トンネルホットエレクトロ
ントランジスタ(RHET)や、バイポーラトランジス
タのベースの一部に共鳴トンネルダイオードを挿入した
共鳴トンネルバイポーラトランジスタ(RTBT)、共
鳴トンネルダイオードの量子井戸をp型のドーパントに
よってドーピングし、npn型のバイポーラトランジス
タのベースをこのp型の量子井戸からなる共鳴トンネル
ダイオードによっておきかえたバイポーラ量子共鳴トン
ネルトランジスタ(BiQuaRTT)などを上げるこ
とができる。
As such a three-terminal resonance tunnel device, a resonance tunnel hot electron transistor (RHET) in which a resonance tunnel diode is inserted between an emitter and a base of a hot electron transistor which is a unipolar type device, or a base of a bipolar transistor is used. Resonant tunnel bipolar transistor (RTBT) in which a resonant tunnel diode is inserted in a part of the resonance tunnel diode, the quantum well of the resonant tunnel diode is doped with a p-type dopant, and the base of the npn-type bipolar transistor is a resonance consisting of this p-type quantum well. A bipolar quantum resonance tunnel transistor (BiQuaRTT) replaced by a tunnel diode can be used.

【0005】上記のデバイスは、従来の三端子デバイス
の2つの電極の中に共鳴トンネルダイオードを組み込ん
で、機能性を付加しようとするものである。一方、より
単純な構造による三端子共鳴トンネルデバイスの構成法
として、共鳴トンネルダイオードと電界効果型トランジ
スタ(FET)を直列に接続することによって、すなわ
ち、共鳴トンネルダイオードを、FETのソース電極、
あるいはドレイン電極のいずれか一方に接続することに
よって、全体として共鳴トンネル三端子デバイスを実現
しようとする試みがある。
The device described above seeks to add functionality by incorporating a resonant tunneling diode in the two electrodes of a conventional three terminal device. On the other hand, as a method of constructing a three-terminal resonance tunnel device having a simpler structure, a resonance tunnel diode and a field effect transistor (FET) are connected in series, that is, a resonance tunnel diode is connected to a source electrode of the FET,
Alternatively, there is an attempt to realize a resonance tunnel three-terminal device as a whole by connecting to either one of the drain electrodes.

【0006】このような試みの最初のものは、文献1
(A. R. Bonnefoi, T. C. McGill および R. D. Burnh
am によって、IEEE Electron Device Letters, Vol. E
DL-6,NO. 12, (1985) pp. 636−638 )に報告された、
RTDとショットキーバリア電界効果型トランジスタ
(MESFET)を直列に接続する構成のトランジスタ
(共鳴トンネルMESFET)である。このデバイスの
特徴は、MESFETに対するゲート電圧によって、F
ETのチャネルの抵抗を変調し、これを通して、ピーク
電圧およびバレー電圧を変調しようとするものである。
[0006] The first of these attempts is document 1
(AR Bonnefoi, TC McGill and RD Burnh
am by IEEE Electron Device Letters, Vol. E
DL-6, NO. 12, (1985) pp. 636-638),
It is a transistor (resonance tunnel MESFET) configured to connect an RTD and a Schottky barrier field effect transistor (MESFET) in series. The feature of this device is that F
It seeks to modulate the resistance of the ET channel and through it the peak and valley voltages.

【0007】このようなRTDとFETの直列接続構成
のトランジスタにおいて、最も優れたデバイス特性を実
現した従来例として、文献2〔W. De Raedt, M. Van Ho
ve,C. Van Hoof および M. Van Rossum によって、Ins
titute of Physics Confere-nce Series Number 112, p
p. 477 −481 (Paper presented at Int. Symp. GaAs a
nd Related Compounds, 1990, IOP Publishing Ltd, Br
istol. England)〕に報告された、AlAs−GaAs
−AlAs二重障壁RTDと pseudomorphicなAl0.22
Ga0.78As−In0.2 Ga0.8 As高移動度トランジ
スタ(HEMT)を直列接続したものを上げることが出
来る。この文献に報告された上記デバイスのゲート電圧
の関数としてのI−V特性を図1(a)および図1
(b)に示す。図1(a)はRTDをHEMTのソース
に接続したものの特性、図1(b)はRTDをHEMT
のドレインに接続したものの特性である。図に示したよ
うに、ゲート電圧によって、ピーク電圧およびバレー電
圧が変調され、三端子共鳴デバイスとしての特性が得ら
れていることがわかる。また、文献2に報告されている
ピーク電流と、バレー電流の比は2.8:1である。以
上の従来技術の説明においては、RTDとFETの直列
接続による半導体装置について述べたが、これとは異な
る構成のものとして、従来、ピーク電流値を制御できる
N型の負性抵抗素子を直列に接続し、その接続点の電圧
を出力として取り出す方式の論理ゲートが知られている
(文献7、K.Maezawa,T.AkeyoshiおよびT.Mizutani,IEE
E Transactions on Electron Devices, Vol.41,No.2(19
92)pp.148-154 )。この種の論理ゲートは、駆動電源回
路を振動型のもので供給した場合、単安定から双安定転
移が生じる。特に、この転移の際に、直列に接続された
負性抵抗素子のピーク電流値のわずかな差によって、出
力電圧の“0”か“1”かが決まるため、多入力、多出
力が可能な機能論理ゲートとしてのさまざまの応用が示
されている。この論理ゲートの構成要素であるピーク電
流値を制御できるN型の負性抵抗素子の実現方法とし
て、文献8(Kevin, J.Chen, T.Akeyoshi,K.Maezawa, Jp
n.J.Appl.Phys.,Vol.34(1995)pp.1199-1203) には共鳴
トンネルダイオード(RTD)とFETとを並列に接続
し、FETに対するゲート電圧によって、FETを流れ
る電流を制御し、実効的に並列回路の負性微分特性型の
I−V特性のピーク電流を変調する方法が報告されてい
る。
As a conventional example which realizes the most excellent device characteristics in such a transistor having the RTD and FET connected in series, reference 2 [W. De Raedt, M. Van Ho
Ins by ve, C. Van Hoof and M. Van Rossum
titute of Physics Confere-nce Series Number 112, p
p. 477 −481 (Paper presented at Int. Symp. GaAs a
nd Related Compounds, 1990, IOP Publishing Ltd, Br
istol. England)], AlAs-GaAs
-AlAs double barrier RTD and pseudomorphic Al 0.22
Ga 0.78 As-In 0.2 Ga 0.8 As high mobility transistors (HEMTs) connected in series can be raised. The IV characteristics as a function of gate voltage for the device reported in this document are shown in FIG. 1 (a) and FIG.
(B). 1 (a) shows the characteristics of the RTD connected to the source of the HEMT, and FIG. 1 (b) shows the RTD of the HEMT.
This is the characteristic of the one connected to the drain of. As shown in the figure, it can be seen that the gate voltage modulates the peak voltage and the valley voltage to obtain the characteristics as a three-terminal resonance device. Further, the ratio of the peak current and the valley current reported in Document 2 is 2.8: 1. In the above description of the prior art, the semiconductor device in which the RTD and the FET are connected in series has been described. However, as a configuration different from this, conventionally, an N-type negative resistance element capable of controlling the peak current value is connected in series. There is known a logic gate that is connected and takes out the voltage at the connection point as an output (Reference 7, K. Maezawa, T. Akeyoshi and T. Mizutani, IEE).
E Transactions on Electron Devices, Vol.41, No.2 (19
92) pp.148-154). This type of logic gate causes a monostable to a bistable transition when the driving power supply circuit is of a vibration type. In particular, at the time of this transition, since the output voltage "0" or "1" is determined by the slight difference in the peak current value of the negative resistance elements connected in series, multiple inputs and multiple outputs are possible. Various applications have been shown as functional logic gates. Reference 8 (Kevin, J. Chen, T. Akeyoshi, K. Maezawa, Jp) describes a method of realizing an N-type negative resistance element capable of controlling the peak current value which is a constituent element of this logic gate.
nJAppl.Phys., Vol.34 (1995) pp.1199-1203) has a resonant tunnel diode (RTD) and a FET connected in parallel, and controls the current flowing through the FET by the gate voltage to the FET, which is effective. A method of modulating the peak current of a negative differential characteristic type IV characteristic of a parallel circuit has been reported.

【0008】本発明の半導体装置のエピタキシャル層構
成に関連する別の従来技術として、文献3(Y. Watanab
e, Y. Nakasha, K. Imamnishi および M. Takikawa に
よって、1992 IEEE Electron Device Meeting, Technic
al Digest, pp. 475−478 )に図2に示すような、In
P基板上に、InPに格子整合する材料系を用いた選択
ドープInAlAs/InGaAsHEMT、いわゆ
る、InGaAsHEMT構造と、さらにその上に積層
した、同じくInPに整合するInGaAsを量子井戸
とし、InAlAsをバリアとする二重障壁構造からな
るInGaAs共鳴トンネル構造の積層構造が報告され
ている。
As another conventional technique related to the epitaxial layer structure of the semiconductor device of the present invention, there is a document 3 (Y. Watanab
e, Y. Nakasha, K. Imamnishi and M. Takikawa, 1992 IEEE Electron Device Meeting, Technic
al Digest, pp. 475-478), as shown in FIG.
Selectively-doped InAlAs / InGaAsHEMT using a material system lattice-matched to InP, a so-called InGaAsHEMT structure on a P substrate, and InGaAs also matched to InP, which is further stacked thereon, are used as quantum wells and InAlAs is used as a barrier. A laminated structure of an InGaAs resonance tunnel structure composed of a double barrier structure has been reported.

【0009】さらに、本発明の半導体装置を用いた周波
数逓倍器に関連するものとして、バイポーラトランジス
タのベースの一部に、共鳴トンネルダイオードを2個、
直列接続したものを挿入した共鳴トンネルバイポーラト
ランジスタ(RTBT)を用いた周波数逓倍器が、文献
4(S. Sen, F. Capasso, A. Y. Cho, および D. L.Si
vco により、IEEE Electron Device Letters, Vol. VO
L. 9, NO. 10, (1988)pp.533−535 ) に記載されてい
る。図3に回路構成を示す。図3において、Tr1は上
記のRTBT、VBBは直流バイアス電源、RBは入力
ベース抵抗、Rcはコレクタ抵抗、Vccはコレクタ電
圧を表す。
Further, as related to the frequency multiplier using the semiconductor device of the present invention, two resonance tunnel diodes are provided in a part of the base of the bipolar transistor.
A frequency multiplier using a resonant tunneling bipolar transistor (RTBT) with a series connection is disclosed in Reference 4 (S. Sen, F. Capasso, AY Cho, and DLSi).
By vco, IEEE Electron Device Letters, Vol. VO
L. 9, NO. 10, (1988) pp.533-535). FIG. 3 shows a circuit configuration. In FIG. 3, Tr1 is the above RTBT, VBB is a DC bias power source, RB is an input base resistance, Rc is a collector resistance, and Vcc is a collector voltage.

【0010】さらに、選択ドープInAlAs/InG
aAsHEMT単体のノンアロイオーミックコンタクト
層の従来例として、上層にn+ −InGaAs、下層に
+−InAlAs層を用いる2層構成のn+ −InG
aAs/n+ −InAlAsキャップ層が、文献5(T.
Enoki, T. kobayashi および Y. Ishii により、1994
IEEE GaAs IC Symposium, Technical Digest, pp.337
−340 )に記載されている。また、InAlAs層をエ
ッチングストッパーとして、選択的にInGaAs層の
みをエッチングするクエン酸をベースとするエッチング
液が、文献6(G. C. DeSalvo, W. F. Tseng および
J. Comas により、J. Electrochem. Soc., Vol. 139 (1
992) p. 831)に記載されている。以上が、本発明に関
係する従来技術である。
Further, selectively doped InAlAs / InG
As a conventional example of aAsHEMT single non-alloy ohmic contact layer, the upper layer n + -InGaAs, n + -InG of 2-layer structure using an n + type InAlAs layer in the lower layer
The aAs / n + -InAlAs cap layer is described in Reference 5 (T.
1994 by Enoki, T. kobayashi and Y. Ishii.
IEEE GaAs IC Symposium, Technical Digest, pp.337
-340). In addition, a citric acid-based etching solution that selectively etches only the InGaAs layer using the InAlAs layer as an etching stopper is disclosed in Reference 6 (GC DeSalvo, WF Tseng and
J. Electrochem. Soc., Vol. 139 (1
992) p. 831). The above is the prior art related to the present invention.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】図1の特性に示される
ように、AlAs−GaAs−AlAsRTDと pseud
omorphic なAl0.22Ga0.78As−In0.2 Ga0.8
AsHEMTを直列接続した共鳴トンネルトランジスタ
の従来例においては、ゲート電圧によって、ピーク電
圧、バレー電圧が変調されると言う点で三端子特性は得
られているが、これを回路に応用しようとすると未だ改
善しなければならない問題点が存在する。すなわち、負
荷抵抗を接続して、回路を構成しようとする時に、図1
(a)および図1(b)のいずれの特性においても、バ
レー電流領域で、ドレイン−ソース電圧Vdに対して、
ドレイン電流Idが平坦な特性を示さず、Vdの変化と
共に大きく変化する領域を含むことである。このため、
回路の正常動作を得るために必要な電源電圧の範囲が厳
しくなり、また、負荷となる抵抗の製造許容範囲が狭く
なるといった重大な欠点があった。この共鳴トンネルト
ランジスタに負荷抵抗を接続して、回路を構成すること
を考えると、図1(a)に示された、バレー電流領域で
部分的にせよ、ドレイン電流Idがドレイン電圧Vdに
対して平坦な特性を有する、RTDがHEMTのソース
に接続された構成の方が、動作マージンが大きくなる。
しかし、この接続においても、上述のように、バレー電
流領域で、ドレイン−ソース電圧Vdに対して、Vdの
変化と共に大きく変化する領域を含む特性を示す原因を
考えると、上記トランジスタに直列に挿入された寄生抵
抗が大きいためである。特にこの寄生抵抗は、HEMT
とRTDの間の寄生抵抗、すなわち、HEMTのソース
抵抗が大きいためである。
As shown in the characteristics of FIG. 1, AlAs-GaAs-AlAsRTD and pseudo
Omorphic Al 0.22 Ga 0.78 As-In 0.2 Ga 0.8
In the conventional example of the resonance tunnel transistor in which AsHEMTs are connected in series, the three-terminal characteristic is obtained in that the peak voltage and the valley voltage are modulated by the gate voltage, but it is still not attempted to apply this to a circuit. There are problems that need to be improved. That is, when connecting a load resistor to form a circuit,
In both the characteristics of (a) and FIG. 1 (b), in the valley current region, with respect to the drain-source voltage Vd,
This is to include a region where the drain current Id does not exhibit a flat characteristic and greatly changes with a change in Vd. For this reason,
There are serious drawbacks such that the range of the power supply voltage required to obtain a normal operation of the circuit becomes strict, and the allowable manufacturing range of the load resistor is narrowed. Considering that a load resistor is connected to this resonant tunneling transistor to form a circuit, the drain current Id is partially different from the drain voltage Vd in the valley current region shown in FIG. The configuration in which the RTD is connected to the source of the HEMT, which has flat characteristics, has a larger operation margin.
However, even in this connection, as described above, in consideration of the reason that the valley current region exhibits a characteristic including a region that largely changes with the change of Vd with respect to the drain-source voltage Vd, the transistor is inserted in series with the transistor. This is because the generated parasitic resistance is large. Especially, this parasitic resistance is
This is because the parasitic resistance between the RTD and the RTD, that is, the source resistance of the HEMT is large.

【0012】文献3に記載されたエピタキシャル成長膜
の構造を図2に示す。これはInP基板上に、InPに
格子整合する材料系を用いた選択ドープInAlAs/
InGaAsHEMT、いわゆる、InGaAsHEM
T構造と、さらにその上に積層した、同じくInPに整
合するInGaAsを量子井戸とし、InAlAsをバ
リアとする二重障壁構造からなるInGaAs共鳴トン
ネル構造のエピタキシャル積層構造であり、文献2に記
載された pseudomorphic なAl0.22Ga0.78As−I
0.2 Ga0.8 AsHEMTに比較すると、ソース抵抗
は低減されるが、それでもなお、本発明の目的とする平
坦なバレー電流領域を有する、HEMTのソースにRT
Dを接続した共鳴トンネルトランジスタの実現には、ソ
ース抵抗の値は大きすぎるという問題を有している。一
方、文献8に報告された、RTDとFETの並列接続に
より、負性微分抵抗特性型のI−V特性のピーク電流値
を変調する従来例においては、FETの部分に、n型に
ドープしたGaAs層をチャネルとし、アンドープのA
lGaAsを絶縁バリア層として用いる、いわゆる、D
MT(ドープ型チャネルを用いたMISに似たFET)
が用いられ、また、RTDの部分には、GaAsをエミ
ッタ電極層およびコレクタ電極層、バリアとしてAlA
s、量子井戸層としてGaAsに組成の近いIN0.1
0.9 Asが用いられている。結果として、RTDのピ
ーク電流およびFETのトランスコンダクタンスの値
は、それぞれ、1.5×103 A/cm2 および20m
S/mmと極めて低い値であり、これらのRTDとFE
Tの並列接続を基本要素として、高性能の論理ゲートを
実現するためには不十分な値である。
The structure of the epitaxially grown film described in Document 3 is shown in FIG. This is a selective doping InAlAs / using a material system that is lattice-matched to InP on an InP substrate.
InGaAs HEMT, so-called InGaAs HEM
It is an epitaxial layered structure of an InGaAs resonant tunneling structure having a T structure and a double barrier structure in which InGaAs matching with InP is used as a quantum well and InAlAs is used as a barrier, which is further stacked on the T structure, and is described in Document 2. pseudomorphic Al 0.22 Ga 0.78 As-I
Compared to n 0.2 Ga 0.8 As HEMTs, the source resistance is reduced, but the RT of the HEMT source, which has the flat valley current region of the present invention, is nevertheless used.
There is a problem that the value of the source resistance is too large for realizing the resonant tunneling transistor in which D is connected. On the other hand, in the conventional example reported in Reference 8 in which the RTD and the FET are connected in parallel to modulate the peak current value of the IV characteristic of the negative differential resistance characteristic type, the FET portion is n-type doped. Undoped A with GaAs layer as channel
Using lGaAs as an insulating barrier layer, so-called D
MT (MIS-like FET with doped channel)
In the RTD portion, GaAs is used as an emitter electrode layer and a collector electrode layer, and AlA is used as a barrier.
s, IN 0.1 G having a composition close to that of GaAs as a quantum well layer
a 0.9 As is used. As a result, the RTD peak current and the FET transconductance values are 1.5 × 10 3 A / cm 2 and 20 m, respectively.
S / mm is a very low value, and these RTD and FE
This is an insufficient value for realizing a high-performance logic gate with the parallel connection of T as a basic element.

【0013】図3に回路構成を示した、文献4による共
鳴トンネルトランジスタを用いた周波数逓倍器の従来例
においては、位相同期ループを用いることなく、周波数
に依存しない逓倍が得られ、さらに三端子デバイスを用
いているために、出力と入力が分離されている等の長所
を有している半面、基本的にバイポーラトランジスタを
用いているために、ベース−エミッタ間のpn接合を順
方向にバイアスするための直流バイアス電源VBBが必
要、さらに、信号電圧を信号電流に変換するための入力
抵抗RBが必要になると言った、回路構成が複雑になる
欠点を有している。したがって、本発明は、前述した問
題を解決するためになされたものであり、その主要な目
的は、大きなマージンを有する、共鳴トンネルダイオー
ドとHEMTを接続した共鳴トンネルトランジスタから
なる半導体装置を提供することにある。
In the conventional example of the frequency multiplier using the resonant tunneling transistor according to the reference 4 whose circuit configuration is shown in FIG. 3, frequency-independent multiplication can be obtained without using a phase locked loop, and further three terminals are used. Since the device is used, the output and the input are separated. On the other hand, since the bipolar transistor is basically used, the pn junction between the base and the emitter is forward biased. Therefore, there is a drawback that the circuit configuration becomes complicated, that is, a DC bias power supply VBB is required for the operation, and further, an input resistor RB for converting a signal voltage into a signal current is required. Therefore, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its main object is to provide a semiconductor device having a large margin and including a resonant tunnel transistor in which a resonant tunnel diode and a HEMT are connected. It is in.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は、次の各項を発明の特徴とする。すなわち、 (1) 半絶縁性のInP基板上に、InPに格子整合
するInAlAs/InGaAs選択ドープヘテロ接合
構造を有する電界効果トランジスタ(HEMT)層とI
nGaAs系共鳴トンネルダイオード層を順次積層した
堆積膜より作製され、さらに上記HEMTと上記共鳴ト
ンネルダイオードとが直列に接続されてなる半導体装置
において、HEMT層と共鳴トンネルダイオード層の間
に、基板側より、n+ −InAlAs層とn+ −InG
aAs層よりなるHEMT構造のキャップ層とn+ −I
nAlAs層を選択性エッチングのストッパー層とを順
次積層したエピタキシャル層構造を挿入したことを特徴
とする半導体装置。 (2) 前記HEMTの構造が、基板側より順次、i−
InAlAsのバッファ層、i−InGaAsのチャネ
ル層、i−InAlAsのスペーサー層、n+ −InA
lAsのキャリア供給層、およびi−InAlAsの障
壁層よりなり、また、前記共鳴トンネルダイオードの構
造が、基板側より順次、n+ −InGaAsのコレクタ
コンタクト層、n−InGaAsのコレクタ層、i−I
nGaAsの第1のスペーサー層、i−AlAsの第1
の障壁層、i−InGaAs層の中にi−InAs層を
挿入した積層構造のi−InGaAs/i−InAs/
i−InGaAsからなる量子井戸層、i−AlAsの
第2の障壁層、i−InGaAsの第2のスペーサー
層、n−InGaAsのエミッタ層、およびn+ −In
GaAsのエミッタコンタクト層よりなること、を特徴
とする(1)記載の半導体装置。 (3) 半絶縁性のInP基板上に、InPに格子整合
するInAlAs/InGaAs選択ドープヘテロ接合
構造を有する電界効果トランジスタ(HEMT)層とI
nGaAs系共鳴トンネルダイオード層を順次積層した
堆積膜より作製される、HEMTと共鳴トンネルダイオ
ードとが並列に接続された半導体装置において、HEM
T層と共鳴トンネルダイオード層の間に、基板側より、
+ −InAlAs層とn+ −InGaAs層よりなる
HEMT構造のキャップ層とn+ −InAlAs層を選
択性エッチングのストッパー層とを順次積層したエピタ
キシャル層構造を挿入したことを特徴とする半導体装
置。 (4) 前記HEMTの構造が、基板側より順次、i−
InAlAsのバッファ層、i−InGaAsのチャネ
ル層、i−InAlAsのスペーサー層、n+ −InA
lAsのキャリア供給層、およびi−InAlAsの障
壁層よりなり、また、前記共鳴トンネルダイオードの構
造が、基板側より順次、n+ −InGaAsのコレクタ
コンタクト層、n−InGaAsのコレクタ層、i−I
nGaAsの第1のスペーサー層、i−AlAsの第1
の障壁層、i−InGaAs層の中にi−InAs層を
挿入した積層構造のi−InGaAs/i−InAs/
i−InGaAsからなる量子井戸層、i−AlAsの
第2の障壁層、i−InGaAsの第2のスペーサー
層、n−InGaAsのエミッタ層、およびn+ −In
GaAsのエミッタコンタクト層よりなること、を特徴
とする(3)記載の半導体装置。 (5) 共鳴トンネルダイオード構造の前記n+ −In
GaAsのエミッタコンタクト層にソース電極が、HE
MT構造の前記i−InAlAsの障壁層にゲート電極
が、また、前記HEMT構造のキャップ層の表面であっ
て、前記ゲート電極を間に挟んで前記共鳴トンネルダイ
オード構造と対向する位置にドレイン電極が形成された
こと、を特徴とする(1)または(2)記載の半導体装
置。 (6) 前記ソース電極が低電位電源線に、また前記ド
レイン電極が負荷抵抗を介して高電位電源線に接続さ
れ、さらに、入力信号が前記ゲート電極に印加されるこ
とを特徴とする(5)記載の半導体装置。
In order to achieve the above object, the present invention is characterized by the following items. That is, (1) a field effect transistor (HEMT) layer having a InAlAs / InGaAs selective doping heterojunction structure lattice-matched with InP on a semi-insulating InP substrate and an I
In a semiconductor device made of a deposited film in which nGaAs-based resonant tunneling diode layers are sequentially laminated, and further, the HEMT and the resonant tunneling diode are connected in series, a substrate is provided between the HEMT layer and the resonant tunneling diode layer, , N + -InAlAs layer and n + -InG
HEMT structure cap layer made of aAs layer and n + -I
A semiconductor device having an epitaxial layer structure in which an nAlAs layer and a stopper layer for selective etching are sequentially stacked. (2) The structure of the HEMT is i-
InAlAs buffer layer, i-InGaAs channel layer, i-InAlAs spacer layer, n + -InA
The resonance tunnel diode has a structure in which a collector contact layer of n + -InGaAs, a collector layer of n-InGaAs, and an i-I are formed in this order from the substrate side.
nGaAs first spacer layer, i-AlAs first spacer layer
Barrier layer, i-InGaAs / i-InAs / having a laminated structure in which an i-InAs layer is inserted in the i-InGaAs layer.
A quantum well layer made of i-InGaAs, a second barrier layer of i-AlAs, a second spacer layer of i-InGaAs, an emitter layer of n-InGaAs, and n + -In.
The semiconductor device according to (1), which comprises an emitter contact layer of GaAs. (3) A field effect transistor (HEMT) layer having an InAlAs / InGaAs selectively doped heterojunction structure lattice-matched to InP on a semi-insulating InP substrate and I
A semiconductor device, in which a HEMT and a resonant tunnel diode are connected in parallel, which is made of a deposited film in which nGaAs-based resonant tunnel diode layers are sequentially stacked,
Between the T layer and the resonance tunnel diode layer, from the substrate side,
A semiconductor device having an epitaxial layer structure in which a cap layer having a HEMT structure composed of an n + -InAlAs layer and an n + -InGaAs layer and an n + -InAlAs layer as a stopper layer for selective etching are sequentially stacked. (4) The structure of the HEMT is i-
InAlAs buffer layer, i-InGaAs channel layer, i-InAlAs spacer layer, n + -InA
The resonance tunnel diode has a structure in which a collector contact layer of n + -InGaAs, a collector layer of n-InGaAs, and an i-I are formed in this order from the substrate side.
nGaAs first spacer layer, i-AlAs first spacer layer
Barrier layer, i-InGaAs / i-InAs / having a laminated structure in which an i-InAs layer is inserted in the i-InGaAs layer.
A quantum well layer made of i-InGaAs, a second barrier layer of i-AlAs, a second spacer layer of i-InGaAs, an emitter layer of n-InGaAs, and n + -In.
The semiconductor device according to (3), which comprises an emitter contact layer of GaAs. (5) The n + -In of the resonant tunnel diode structure
The source electrode is HE on the GaAs emitter contact layer.
A gate electrode is formed on the i-InAlAs barrier layer of the MT structure, and a drain electrode is formed on the surface of the cap layer of the HEMT structure at a position facing the resonant tunneling diode structure with the gate electrode interposed therebetween. The semiconductor device according to (1) or (2), which is formed. (6) The source electrode is connected to a low-potential power line, the drain electrode is connected to a high-potential power line via a load resistor, and an input signal is applied to the gate electrode (5) ) The semiconductor device as described above.

【0015】本発明では、HEMTのソース側にRTD
を接続する構成の共鳴トンネルトランジスタにおいて、
HEMTのノンアロイオーミックコンタクト層として、
上層にn+ −InGaAs、下層にn+ −InAlAs
層を用いる2層構成のn+ −InGaAs/n+ −In
AlAsキャップ層を用いることにより、上記共鳴トン
ネルトランジスタの寄生抵抗を低減し、従来にない新規
のデバイス特性を実現した。すなわち、あるゲート電圧
以下では、本共鳴トンネルトランジスタのI−V特性
は、FETと同様のI−V特性のゲート電圧依存性を示
し、あるゲート電圧以上ではRTDに特有の負性微分特
性型I−V特性を示すと共に、バレー電流領域でドレイ
ン電流Idがドレイン電圧Vdに依存しない特性、すな
わち、平坦なバレー電流特性を示す。
In the present invention, the RTD is provided on the source side of the HEMT.
In a resonance tunnel transistor having a configuration of connecting
As a non-alloy ohmic contact layer of HEMT,
N + type InAlAs upper layer n + -InGaAs, the lower layer
-Layered n + -InGaAs / n + -In layer
By using the AlAs cap layer, the parasitic resistance of the resonance tunnel transistor is reduced, and a new device characteristic which has not existed before is realized. That is, below a certain gate voltage, the IV characteristic of the present resonant tunnel transistor shows the gate voltage dependence of the IV characteristic similar to that of the FET, and above a certain gate voltage, the negative differential characteristic type I characteristic of RTD. In addition to the -V characteristic, the drain current Id does not depend on the drain voltage Vd in the valley current region, that is, a flat valley current characteristic.

【0016】図4は本共鳴トンネルトランジスタ(以下
RTT)の構成を概念的に示す図である。すなわち、H
EMTのソース側にRTDが直列に接続された構成であ
る。また、本共鳴トンネルトランジスタはコモンソース
の配置をとっており、RTDに接続されたソース電極が
アース側電位に接続され、HEMTに接続されたドレイ
ン電極が高電位側電源配線に接続されている。S′は本
RTTのI−V特性を説明するための記号であり、HE
MTのフローティングのソース電極を表す。
FIG. 4 is a diagram conceptually showing the structure of the present resonant tunnel transistor (hereinafter referred to as RTT). That is, H
The RTD is connected in series to the source side of the EMT. Further, the present resonance tunnel transistor has a common source arrangement, in which the source electrode connected to the RTD is connected to the ground side potential and the drain electrode connected to the HEMT is connected to the high potential side power supply wiring. S'is a symbol for explaining the IV characteristic of this RTT, and HE
It represents the floating source electrode of MT.

【0017】図5は、ゲート電圧を−0.3Vから0.
6Vまで変化させた時の、本発明のRTTのI−V特性
の実験結果を示している。すなわち、ゲート電圧VGS
が−0.3Vから0.3Vの間では、HEMTの電流値
がRTDの電流値よりも低いために、本RTTの電流値
はHEMTによって決まる。すなわち、FETのI−V
特性となる。この時、RTDの両端の電圧はピーク電圧
以下の値である。ゲート電圧値がさらに増加し、0.5
Vに達すると、FETを流れる電流は十分大きくなり、
RTDのピーク電流よりも大きくなり得る。しかし、R
TDはピーク電流以上の電流を流すことは出来ないの
で、FETを流れ得る電流がRTDのピーク電流よりも
大きくなると、RTDはピークからバレーに転移する。
このため、本RTTを流れる電流はRTDのバレー電流
によって決まる値に低下する。一方、この時、RTDの
両端の電圧は、ピーク電圧からバレー電圧の値まで増加
する。もしも、本RTTの寄生抵抗が十分小さければ、
このRTDの電圧増加は、そのまま、前記HEMTのフ
ローティングのソース電極S′の電位の増加に跳ね返
る。このため、HEMTのゲート電極とフローティング
のソース電極S′の間の電位差が減少し、HEMTを流
れ得る電流も減少する。このため、RTDを駆動素子、
HEMTを負荷素子として見たときの負荷曲線を考える
と、RTDがバレーにスイッチした時、HEMTの実効
的なゲート電圧VGS′が減少するために、負荷曲線の
交点の電流値がさらに低くなる。
In FIG. 5, the gate voltage is changed from -0.3V to 0.V.
The experimental result of the IV characteristic of RTT of this invention when changing to 6V is shown. That is, the gate voltage VGS
Between −0.3 V and 0.3 V, the current value of the HEMT is lower than the current value of the RTD, so the current value of the RTT is determined by the HEMT. That is, the IV of the FET
It becomes a characteristic. At this time, the voltage across the RTD is below the peak voltage. The gate voltage value is further increased to 0.5
When it reaches V, the current flowing through the FET becomes large enough,
It can be higher than the RTD peak current. But R
Since the TD cannot flow a current larger than the peak current, the RTD transitions from the peak to the valley when the current that can flow in the FET becomes larger than the peak current of the RTD.
Therefore, the current flowing through the RTT drops to a value determined by the valley current of the RTD. On the other hand, at this time, the voltage across the RTD increases from the peak voltage to the value of the valley voltage. If the parasitic resistance of this RTT is small enough,
This increase in the voltage of the RTD returns to the increase in the potential of the floating source electrode S ′ of the HEMT as it is. Therefore, the potential difference between the gate electrode of the HEMT and the floating source electrode S ′ is reduced, and the current that can flow through the HEMT is also reduced. Therefore, the RTD is a driving element,
Considering the load curve when the HEMT is viewed as a load element, when the RTD switches to the valley, the effective gate voltage VGS 'of the HEMT decreases, and the current value at the intersection of the load curves further decreases.

【0018】図6はこの状況を説明するための図であ
る。すなわち、本発明の、RTDとHEMTの直列接続
からなる共鳴トンネルトランジスタ(RTT)の構成要
素であるRTDのI−V特性と、もう一方の構成要素で
あるHEMTをRTDに対する負荷と見た時のHEMT
のI−V特性を示している。図において1および2はソ
ース抵抗を十分低減した本RTTの構成要素のHEMT
のI−V特性であり、1はRTDがピークからバレーに
スイッチする直前の特性、2はRTDがピークからバレ
ーにスイッチした後の特性。1′および2′はソース抵
抗が大きい従来のRTTの構成要素のHEMTのI−V
特性である。もしも、従来のように、HEMTのソース
抵抗が大きければ、図に示すように、ピーク付近で交点
を得るためには、バイアス電圧を大きくする必要があ
る。バイアス電圧が大きくなり、かつ、HEMTのソー
ス抵抗が大きいために、RTDがピークからバレーにス
イッチしたときの交点の電流値も高くなってしまう。以
上の説明から、バレー電流領域での、RTDの指数関数
的な電流の増加を抑制し、バレー電流を低い値に保った
まま、かつ、平坦なバレー電流特性を得るためには、ソ
ース抵抗を十分低くすることが、重要なポイントである
ことが明らかである。
FIG. 6 is a diagram for explaining this situation. That is, the IV characteristic of the RTD that is a constituent element of the resonant tunnel transistor (RTT) that is a series connection of the RTD and the HEMT of the present invention and the HEMT that is the other constituent element are regarded as a load on the RTD. HEMT
4 shows the IV characteristic of In the figure, 1 and 2 are HEMTs of the constituent elements of the present RTT with sufficiently reduced source resistance.
1 is a characteristic immediately before the RTD is switched from the peak to the valley, and 2 is a characteristic after the RTD is switched from the peak to the valley. 1'and 2'are HEMT IVs which are components of a conventional RTT having a large source resistance.
It is a characteristic. If the source resistance of the HEMT is large as in the conventional case, it is necessary to increase the bias voltage in order to obtain the intersection near the peak as shown in the figure. Since the bias voltage becomes large and the source resistance of the HEMT becomes large, the current value at the intersection when the RTD switches from the peak to the valley also becomes high. From the above description, in order to suppress the exponential current increase of the RTD in the valley current region and keep the valley current at a low value and to obtain a flat valley current characteristic, the source resistance is set to Clearly, it is an important point to make it low enough.

【0019】本発明はこのような考察に基づいてなされ
たものであり、このために、上述のソース抵抗を低減出
来る、HEMTのノンアロイオーミックコンタクト層と
して、上層にn+ −InGaAs、下層にn+ −InA
lAs層を用いる2層構成のn+ −InGaAs/n+
−InAlAsキャップ層を用いたものである。平坦な
バレー電流が得られるもう一つのポイントは、バレー領
域でドレイン電圧が増加すると、RTDでの電圧降下が
大きくなるため、上述のように、HEMTの実効的なゲ
ート電圧VGS′がさらに小さくなる。このため、HE
MTを流れる電流が小さくなり、結果として、本RTT
を流れる電流の増加が抑制されるという機構が働くため
である。この場合も、この機構が有効に働くためには、
寄生抵抗の低減が重要なことは言うまでもない。以上説
明したように、本RTTではゲート電圧がある値以上に
なると、RTDの負性微分抵抗特性を示すI−V特性が
得られるとともに、バレー電流領域が、広いドレイン電
圧範囲で平坦になるという特性が得られる。このため、
このデバイスに例えば負荷抵抗を接続して回路を構成す
る場合、動作マージンが広くなるという大きな特徴を有
している。
The present invention has been made on the basis of the above consideration. Therefore, as a non-alloy ohmic contact layer of HEMT capable of reducing the above-mentioned source resistance, n + -InGaAs is formed in the upper layer and n + -InGaAs is formed in the lower layer. + -InA
Two-layered n + -InGaAs / n + using 1As layer
-InAlAs cap layer is used. Another point where a flat valley current is obtained is that as the drain voltage increases in the valley region, the voltage drop at the RTD increases, so that the effective gate voltage VGS 'of the HEMT becomes smaller, as described above. . Therefore, HE
The current flowing through MT becomes small, and as a result, this RTT
This is because a mechanism that suppresses an increase in current flowing through the device works. Also in this case, in order for this mechanism to work effectively,
It goes without saying that the reduction of parasitic resistance is important. As described above, in the present RTT, when the gate voltage exceeds a certain value, the IV characteristic showing the negative differential resistance characteristic of the RTD is obtained, and the valley current region becomes flat in a wide drain voltage range. The characteristics are obtained. For this reason,
When a circuit is constructed by connecting a load resistor to this device, for example, the operation margin is wide.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】半絶縁性のInP基板上に、In
Pに格子整合するInAlAs/InGaAs選択ドー
プヘテロ構造を有する電界効果トランジスタ(HEM
T)層とInGaAs系共鳴トンネルダイオード層を順
次積層した堆積膜より作製され、さらに、上記HEMT
と上記共鳴トンネルダイオードとが、電気的に直列また
は並列に接続されてなる半導体装置において、HEMT
層と共鳴トンネルダイオード層の間に、基板側よりn+
−InAlAs層とn+ −InGaAs層よりなるノン
アロイオーミックコンタクト層を挿入し、さらに、その
上に、n+ −InAlAsよりなる選択性エッチングス
トッパ層を挿入することを発明の特徴とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION On a semi-insulating InP substrate, In
Field effect transistor (HEM) having InAlAs / InGaAs selectively doped heterostructure lattice-matched to P
T) layer and an InGaAs-based resonant tunneling diode layer are sequentially stacked to form a deposited film.
And a resonance tunnel diode electrically connected in series or in parallel, wherein a HEMT
N + from the substrate side between the layer and the resonance tunnel diode layer
It is a feature of the invention that a non-alloy ohmic contact layer made of an -InAlAs layer and an n + -InGaAs layer is inserted, and a selective etching stopper layer made of n + -InAlAs is inserted thereon.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。 (実施例1)図7は本発明の第1の実施例による半導体
装置の断面構造を模式的に示したものである。表1はそ
のエピタキシャル層構成を示すものである。重要なポイ
ントは、HEMTのソース抵抗を低減するために、HE
MT構造のノンアロイオーミックコンタクト層として、
上層にn+ −InGaAs、下層にn+ −InAlAs
層を用いる2層構成のn+ −InGaAs/n+ −In
AlAsキャップ層を用いたことである。これにより、
ノンアロイオーミックコンタクト抵抗の値を、単層のn
+ −InGaAsキャップ層を用いる場合の0.9Ωm
mから、0.08Ωmmまで1/10以下に下げること
が出来た。さらに、本実施例では、HEMTのVthの
再現性、均一性を大きくするために、上記n+ −InG
aAs/n+ −InAlAsキャップ層と、上記InG
aAs共鳴トンネル構造の間に、選択エッチストッパー
として、n型のドーパントであるSiを高濃度にドーピ
ングした、第二のn+ −InAlAs層を介挿した。既
に示した図5は、第1の実施例による半導体装置におい
て、ゲート電圧を−0.3Vから0.6Vまで変化させ
た時のI−V特性の実験結果である。(実験結果の説明
と、その機構については上述の説明の部分参照)
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 7 schematically shows a sectional structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. Table 1 shows the epitaxial layer structure. The important point is to reduce HE source resistance, HE
As a non-alloy ohmic contact layer of MT structure,
N + type InAlAs upper layer n + -InGaAs, the lower layer
-Layered n + -InGaAs / n + -In layer
That is, the AlAs cap layer was used. This allows
The value of the non-alloy ohmic contact resistance is determined by
+ − 0.9 Ωm when using InGaAs cap layer
It was possible to reduce from m to 0.08 Ωmm to 1/10 or less. Further, in this embodiment, in order to increase the reproducibility and uniformity of Vth of HEMT, the above n + -InG is used.
aAs / n + -InAlAs cap layer and the above InG
A second n + -InAlAs layer highly doped with Si, which is an n-type dopant, was interposed as a selective etch stopper between the aAs resonant tunneling structures. FIG. 5 already described is an experimental result of the IV characteristic when the gate voltage is changed from -0.3V to 0.6V in the semiconductor device according to the first embodiment. (For the explanation of the experimental results and the mechanism, refer to the above explanation)

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】(実施例2)図8は本発明の第2の実施例
による半導体装置の回路構成を示すものである。すなわ
ち、請求項2に記載のInGaAsHEMTとInGa
As共鳴トンネルダイオードの直列接続からなる半導体
装置(以下、共鳴トンネルHEMTと呼ぶ)に対して、
ドレイン電極と、高電位側電源配線との間に、負荷抵抗
が直列に介挿され、さらに前記ドレイン電極と、前記負
荷抵抗の接続点に、出力端子が接続されたことを特徴と
し、前記ゲート電極に入力信号としてのゲート電圧が印
加されてなる半導体装置である。
(Embodiment 2) FIG. 8 shows a circuit configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. That is, the InGaAs HEMT and the InGa according to claim 2
For a semiconductor device (hereinafter referred to as a resonance tunnel HEMT) including a series connection of As resonance tunnel diodes,
A load resistance is inserted in series between the drain electrode and the high-potential-side power supply wiring, and an output terminal is connected to a connection point between the drain electrode and the load resistance. This is a semiconductor device in which a gate voltage as an input signal is applied to the electrodes.

【0024】図9は第2の実施例による半導体装置を周
波数逓倍器として用いる場合の動作を説明する図であ
る。入力の振幅の大きさを変えるだけで、周波数2倍器
および周波数3倍器が実現される。この周波数逓倍器
は、入力をゲートに直接、接続させる構成となっている
ために、入力側の回路構成が簡単になるという特徴を有
している。すなわち、入力側で、バイアス電源およびバ
イアス抵抗が不要となる。同じく入力をゲートに直接、
接続させる構成となっているという理由のために、電力
利得が得られるという特徴を有している。
FIG. 9 is a diagram for explaining the operation when the semiconductor device according to the second embodiment is used as a frequency multiplier. A frequency doubler and a frequency tripler can be realized simply by changing the magnitude of the input amplitude. This frequency multiplier has a feature that the circuit configuration on the input side is simplified because the input is directly connected to the gate. That is, the bias power supply and the bias resistor are unnecessary on the input side. Similarly, input directly to the gate,
It has a feature that a power gain can be obtained because it is configured to be connected.

【0025】図10は第2の実施例による半導体装置を
周波数逓倍器として用いる場合の動作の実験結果を示す
図である。図(a)は周波数2倍器、図(b)は周波数
3倍器としての動作を示している。なお、図9に示した
第2の実施例においては、ドレイン電極と高電位電源線
との間に介そうする素子として抵抗を用いる場合を述べ
たが、周波数逓倍器として用いる場合、より一般には複
数インピーダンスを有する素子を介そうすることになる
ことは言うまでもない。
FIG. 10 is a diagram showing an experimental result of an operation when the semiconductor device according to the second embodiment is used as a frequency multiplier. The figure (a) shows the operation as a frequency doubler, and the figure (b) shows the operation as a frequency tripler. In the second embodiment shown in FIG. 9, the case where a resistor is used as an element interposed between the drain electrode and the high-potential power supply line has been described, but when used as a frequency multiplier, it is more general. It goes without saying that this is done through an element having multiple impedances.

【0026】(実施例3)第2の実施例による半導体装
置の、図9に示した特性は、多値論理の基本ゲートの一
つであるリテラルの構成にもそのまま用いることが出来
る。
(Embodiment 3) The characteristics shown in FIG. 9 of the semiconductor device according to the second embodiment can be directly applied to the construction of a literal which is one of the basic gates of multivalued logic.

【0027】図11(a)はリテラル動作の一例を模式
的に示すための図である。この例では、“0”,
“1”,“2”の3値を取る入力Vinに対して、入力V
inが“1”の時のみ、出力Vliteral として“1”が得
られ、その他の場合には、出力Vliteral として“0”
が得られている。図11(b)は第2の実施例による半
導体装置をリテラルとして、より正確には反転リテラル
として用いた場合の動作の実験結果を示す図である。動
作としては反転リテラル動作が得られている。すなわ
ち、“0”,“1”,“2”の3値を取る入力Vinに対
して、入力Vinが“1”の時のみ、出力Vliteral とし
て“0”が得られ、その他の場合には、出力Vliteral
として“1”が得られている。反転リテラルは多値論理
において、そのままでも意味のある論理ゲートであると
ともに、この出力をHEMTを用いたインバータによ
り、反転すれば、簡単にリテラルが実現出来ることは言
うまでもない。第2の実施例による半導体装置をリテラ
ルとして用いる時の特長は、簡単な回路構成が可能とな
る点にある。図12は本発明の第3の実施例による半導
体装置の断面構造を模式的に示したものである。本実施
例は、図12に示すように、基本的にn+ −InAlA
sキャリア供給層とInGaAsチャネルからなるIn
P基板に格子整合のHEMTと、上記HEMT構造の上
に積層された、InGaAsをコレクタおよびエミッタ
とし、AlAsをバリア層、i−InGaAs層の中に
i−InAs層を挿入した積層構造の量子井戸からなる
RTDを並列に接続した半導体装置である。その詳しい
エピタキシャル層構造は表1に記載したものと同一であ
り、詳細説明を省略する。図7に示したHEMTのソー
ス側にRTDを接続した、HEMTとRTDとの直列接
続の半導体装置とは、HEMTとRTDが本実施例では
並列に接続されている点が異なる。特に重要なポイント
は、1)i−InAlAsショットキーバリア層のすぐ
上の層として、上層側からn+ −InGaAs/n+
InAlAsからなる積層構造のノンオロイオーミック
コンタクト層を用いることによって、並列回路の寄生抵
抗を低減すると共に、さらに、2)上記n+ −InGa
As/n+ −InAlAsノンオロイオーミックコンタ
クト層のすぐ上に、n+ −InAlAs層からなる選択
性エッチングストッパを用いることにより、HEMTの
Vthの制御性、均一性を大幅に改善したことにある。
このため、HEMTとRTDの並列接続をもちいた各種
の機能論理回路の動作マージンが大きくなるという特徴
を有している。並列構成のポイントを図12を用いて、
説明すると、まず、HEMTのi−InAlAsショッ
トキーバリア層にゲート電極が形成されている。また、
RTDの最上部のn+ −InGaAs、およびHEMT
のn+ −InGaAs/n+ −InAlAsノンオロイ
オーミックコンタクト層の表面であって、上記ゲート電
極を間にはさんで、上記RTD構造と対向する位置の2
箇所にそれぞれTi/Pt/Auからなる電極が形成さ
れ、これら2つの電極が並列に接続されてドレイン電極
を形成し、さらに、HEMTのn+ −InGaAs/n
+ −InAlAsノンオロイオーミックコンタクト層の
表面であって、前記ゲート電極と、前記RTDの間の位
置にソース電極が形成されることによって、HEMTと
RTDの並列接続が実現されている。図7に示した第一
の実施例(RTDとHEMTの直列接続)、および、図
12に示した第二の実施例(RTDとHEMTの並列接
続)は同一のエピタキシャル層構成を有し、共に、In
P系材料を用いたHEMTとRTDのモノリシック集積
とも特徴付けられる。このモノリシック集積のウエハの
上で、RTDのピーク電流としては、ピーク電流とバレ
ー電流の比が7.8に対して、6.2×104A/cm
2 と大きな値が得られた。また、HEMTのトランスコ
ンダクタンスgmに関しては、ゲート長0.7μmに対
して850mS/mmが得られた。これらの値を従来例
の文献3あるいは文献8の結果と比較すると、大幅に改
善された値となっていることがわかる。また、モノリシ
ック集積のウエハにおいて、HEMTのgmが、HEM
Tのみをウエハ上に製作したものに比較して、遜色のな
い優れた値を示したことは、InP系材料を用いたHE
MTとRTDのモノリシック集積において、n+ −In
AlAs層からなる選択性エッチングストッパを用いた
ことにより、gmの良好な制御性が得られた事を示して
いる。図13は第三の実施例によるHEMTとRTDの
並列接続の半導体装置のI−V特性の実験結果を示して
いる。具体的には、一つのRTDにゲート幅が2.5μ
m,5μm,10μmの3種類のHEMTを並列に接続
した素子のI−V特性のゲート電圧依存性を示してい
る。図の表示を見やすくするために、ゲート幅5μmお
よびゲート幅10μmのものに対しては、x軸の原点を
それぞれ0.6Vおよび1.2Vシフトして表示してい
る。図13に示されるように、本並列回路のI−V特性
は負性微分性型であり、ピーク電流がHEMTのゲート
電極に印加されるゲート電圧によって変調されているこ
と、変調の度合いがゲート幅に比例している事が分か
る。
FIG. 11A is a diagram schematically showing an example of a literal operation. In this example, "0",
For the input V in that takes three values of “1” and “2”, the input V
Only when in is "1", "1" is obtained as the output V literal , and in other cases, "0" is obtained as the output V literal.
Has been obtained. FIG. 11B is a diagram showing an experimental result of the operation when the semiconductor device according to the second embodiment is used as a literal, more accurately as an inverted literal. An inverted literal operation is obtained as the operation. That is, "0", "1", to the input V in taking the three values of "2", only when the input V in is "1", "0" is obtained as an output V literal, otherwise To the output V literal
“1” is obtained as It is needless to say that the inverted literal is a logic gate which is significant in the multi-valued logic as it is, and a literal can be easily realized by inverting this output by an inverter using a HEMT. A feature of using the semiconductor device according to the second embodiment as a literal is that a simple circuit configuration is possible. FIG. 12 schematically shows a sectional structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, as shown in FIG. 12, basically n + -InAlA is used.
In consisting of s carrier supply layer and InGaAs channel
A quantum well of a layered structure in which a HEMT having a lattice matching with a P substrate and InGaAs used as a collector and an emitter, AlAs as a barrier layer, and an i-InAs layer inserted in an i-InGaAs layer are stacked on the HEMT structure It is a semiconductor device in which RTDs composed of are connected in parallel. The detailed epitaxial layer structure is the same as that shown in Table 1, and the detailed description is omitted. The semiconductor device in which the RTD is connected to the source side of the HEMT shown in FIG. 7 and in which the HEMT and the RTD are connected in series is different in that the HEMT and the RTD are connected in parallel in this embodiment. Particularly important points are 1) n + -InGaAs / n + -from the upper layer side as a layer immediately above the i-InAlAs Schottky barrier layer.
The parasitic resistance of the parallel circuit is reduced by using the laminated non-orloy ohmic contact layer made of InAlAs, and 2) the above n + -InGa is used.
The use of a selective etching stopper made of an n + -InAlAs layer immediately above the As / n + -InAlAs non-orloy ohmic contact layer significantly improves the controllability and uniformity of VTH of HEMT. .
Therefore, there is a feature that the operation margin of various functional logic circuits using the parallel connection of HEMT and RTD is increased. The points of the parallel configuration are shown in FIG.
To explain, first, a gate electrode is formed in the i-InAlAs Schottky barrier layer of HEMT. Also,
N + -InGaAs on top of RTD, and HEMT
On the surface of the n + -InGaAs / n + -InAlAs non-orloy ohmic contact layer, and at a position facing the RTD structure with the gate electrode interposed therebetween.
An electrode made of Ti / Pt / Au is formed at each position, these two electrodes are connected in parallel to form a drain electrode, and further, n + -InGaAs / n of HEMT is formed.
A parallel connection of HEMT and RTD is realized by forming a source electrode on the surface of the + -InAlAs non-orloy ohmic contact layer at a position between the gate electrode and the RTD. The first embodiment (RTD and HEMT connected in series) shown in FIG. 7 and the second embodiment (RTD and HEMT connected in parallel) shown in FIG. 12 have the same epitaxial layer structure. , In
It is also characterized by the monolithic integration of HEMTs and RTDs using P-based materials. On this monolithically integrated wafer, the peak current of the RTD is 6.2 × 10 4 A / cm with respect to the peak current / valley current ratio of 7.8.
A large value of 2 was obtained. Regarding the HEMT transconductance gm, 850 mS / mm was obtained for a gate length of 0.7 μm. Comparing these values with the results of Document 3 or Document 8 of the conventional example, it can be seen that the values are significantly improved. In a monolithically integrated wafer, the gm of HEMT is
Compared to the case where only T was produced on the wafer, the excellent value was comparable to that of HE using InP-based material.
In the monolithic integration of MT and RTD, n + -In
It is shown that good controllability of gm was obtained by using the selective etching stopper made of the AlAs layer. FIG. 13 shows an experimental result of the IV characteristic of the semiconductor device in which the HEMT and the RTD are connected in parallel according to the third embodiment. Specifically, one RTD has a gate width of 2.5μ.
The gate voltage dependence of the IV characteristic of the element which connected three types of HEMT of m, 5 micrometers, and 10 micrometers in parallel is shown. In order to make the display of the figure easier to see, the origin of the x-axis is shifted by 0.6 V and 1.2 V for gate widths of 5 μm and 10 μm, respectively. As shown in FIG. 13, the IV characteristic of the parallel circuit is a negative differential type, the peak current is modulated by the gate voltage applied to the gate electrode of the HEMT, and the degree of modulation is gated. You can see that it is proportional to the width.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体装置
によれば、ゲート電圧がある値以上になると、RTDの
負性微分抵抗特性を示すI−V特性が得られるととも
に、バレー電流領域が、広いドレイン電圧範囲で平坦に
なるという特性が得られる。このため、このデバイスに
例えば負荷抵抗を接続して回路を構成する場合、動作マ
ージンが広くなるという大きな特徴を有している。ま
た、非常に簡単な回路構成によって、周波数逓倍器、多
値論理における基本ゲートのリテラルを実現することが
できる。
As described above, according to the semiconductor device of the present invention, when the gate voltage exceeds a certain value, the IV characteristic showing the negative differential resistance characteristic of the RTD can be obtained and the valley current region can be obtained. However, it is possible to obtain the characteristic that it becomes flat in a wide drain voltage range. Therefore, when a circuit is configured by connecting a load resistor to this device, for example, it has a great feature that the operation margin is widened. Further, with a very simple circuit configuration, it is possible to realize a literal of a frequency multiplier and a basic gate in multivalued logic.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】RTDとFETの直列接続構成のトランジスタ
のゲート電圧の関数としてのI−V特性の従来例を示
す。(a)はRTDをHEMTのソースに接続したもの
の特性、(b)はRTDをHEMTのドレインに接続し
たものの特性である。
FIG. 1 shows a conventional example of an IV characteristic as a function of gate voltage of a transistor in a RTD and FET series configuration. (A) shows the characteristics of the RTD connected to the HEMT source, and (b) shows the characteristics of the RTD connected to the HEMT drain.

【図2】InGaAsHEMT構造と、InGaAs共
鳴トンネル構造を積層したエピタキシャル構造の従来例
を示す。
FIG. 2 shows a conventional example of an epitaxial structure in which an InGaAs HEMT structure and an InGaAs resonance tunnel structure are stacked.

【図3】共鳴トンネルトランジスタを用いた周波数逓倍
器の回路構成の従来例を示す。バイポーラトランジスタ
のベースの一部に、共鳴トンネルダイオードを2個、直
列接続したものを挿入した共鳴トンネルバイポーラトラ
ンジスタ(RTBT)を用いた、周波数逓倍器である。
FIG. 3 shows a conventional example of a circuit configuration of a frequency multiplier using a resonant tunnel transistor. A frequency multiplier using a resonant tunneling bipolar transistor (RTBT) in which two resonant tunneling diodes connected in series are inserted in a part of the base of the bipolar transistor.

【図4】本共鳴トンネルトランジスタの構成を概念的に
示す。HEMTのソース側にRTDが直列に接続された
構成である。また、本共鳴トンネルトランジスタはコモ
ンソースの配置をとっており、RTDに接続されたソー
ス電極がアース側電位に接続され、HEMTに接続され
たドレイン電極が高電位側電源配線に接続されている。
FIG. 4 conceptually shows the configuration of the present resonant tunnel transistor. In this configuration, the RTD is connected in series on the source side of the HEMT. Further, the present resonance tunnel transistor has a common source arrangement, in which the source electrode connected to the RTD is connected to the ground side potential and the drain electrode connected to the HEMT is connected to the high potential side power supply wiring.

【図5】本発明の共鳴トンネルトランジスタのゲート電
圧を−0.3Vから0.6Vまで変化させた時のI−V
特性の実験結果である。
FIG. 5 is an IV when the gate voltage of the resonance tunnel transistor of the present invention is changed from −0.3V to 0.6V.
It is an experimental result of characteristics.

【図6】本発明のRTDとHEMTの直列接続からなる
共鳴トンネルトランジスタ(RTT)の構成要素である
RTDのI−V特性と、もう一方の構成要素であるHE
MTをRTDに対する負荷と見た時のHEMTのI−V
特性。図において1および2はソース抵抗を十分低減し
た本RTTの構成要素のHEMTのI−V特性であり、
1はRTDがピークからバレーにスイッチする前の特
性、2はRTDがピークからバレーにスイッチした後の
特性。1′および2′はソース抵抗が大きい従来のRT
Tの構成要素のHEMTのI−V特性。
FIG. 6 is an IV characteristic of an RTD that is a component of a resonant tunnel transistor (RTT) that is a series connection of an RTD and a HEMT of the present invention, and HE that is the other component.
HEMT IV when MT is seen as load on RTD
Characteristic. In the figure, 1 and 2 are the IV characteristics of the HEMT of the constituent elements of the present RTT with sufficiently reduced source resistance,
1 is the characteristic before the RTD switches from peak to valley, and 2 is the characteristic after the RTD switches from peak to valley. 1'and 2'are conventional RTs with large source resistance
HEMT IV characteristics of T components.

【図7】本発明の第1の実施例による半導体装置の断面
構造を模式的に示したものである。
FIG. 7 schematically shows a cross-sectional structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第2の実施例による半導体装置の回路
構成を示すものである。すなわち、請求項2に記載のI
nGaAsHEMTとInGaAs共鳴トンネルダイオ
ードの直列接続からなる半導体装置(以下、共鳴トンネ
ルHEMTと呼ぶ)に対して、ドレイン電極と、高電位
側電源配線との間に、負荷抵抗が直列に介挿され、さら
に前記ドレイン電極と、前記負荷抵抗の接続点に、出力
端子が接続されたことを特徴とし、前記ゲート電極に入
力信号としてのゲート電圧が印加されてなる半導体装置
である。
FIG. 8 shows a circuit configuration of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. That is, I according to claim 2
A load resistance is inserted in series between the drain electrode and the high-potential-side power supply wiring for a semiconductor device (hereinafter referred to as a resonance tunnel HEMT) including a series connection of an nGaAs HEMT and an InGaAs resonance tunnel diode. An output terminal is connected to a connection point between the drain electrode and the load resistor, and a semiconductor device is obtained by applying a gate voltage as an input signal to the gate electrode.

【図9】第2の実施例による半導体装置を周波数逓倍器
として用いる場合の動作を説明する図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an operation when the semiconductor device according to the second embodiment is used as a frequency multiplier.

【図10】第2の実施例による半導体装置を周波数逓倍
器として用いる場合の動作の実験結果を示す図である。
(a)は周波数2倍器、(b)は周波数3倍器としての
動作を示している。
FIG. 10 is a diagram showing an experimental result of an operation when the semiconductor device according to the second embodiment is used as a frequency multiplier.
(A) shows an operation as a frequency doubler, and (b) shows an operation as a frequency tripler.

【図11】第2の実施例による半導体装置をリテラルと
して用いる場合の動作の実験結果を示す図である。動作
としてはリテラル出力を反転した反転リテラル動作であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing an experimental result of an operation when the semiconductor device according to the second embodiment is used as a literal. The operation is an inverted literal operation in which the literal output is inverted.

【図12】本発明の第3の実施例による半導体装置の断
面構造を模式的に示したものである。HEMTとRTD
が並列に接続された構成である。
FIG. 12 schematically shows a sectional structure of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. HEMT and RTD
Are connected in parallel.

【図13】本発明の第3の実施例によるHEMTとRT
Dの並列接続の半導体装置のI−V特性の実験結果を示
している。具体的には、一つのRTDにゲート幅が2.
5μm,5μm,10μmの3種類のHEMTを並列に
接続した素子のI−V特性のゲート電圧依存性を示して
いる。図の表示を見やすくするために、ゲート幅5μm
およびゲート幅10μmのものに対しては、x軸の原点
をそれぞれ0.6Vおよび1.2Vシフトして表示して
いる。
FIG. 13 is a HEMT and RT according to a third embodiment of the present invention.
The experimental result of the IV characteristic of the semiconductor device of the parallel connection of D is shown. Specifically, one RTD has a gate width of 2.
The gate voltage dependence of the IV characteristic of the element which connected in parallel 3 types of HEMT of 5 micrometers, 5 micrometers, and 10 micrometers is shown. Gate width of 5 μm for easy viewing
And the gate width of 10 μm, the origin of the x-axis is shifted by 0.6 V and 1.2 V, respectively.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

Tr1 RTBT VBB 直流バイアス電源 RB 入力ベース抵抗 Rc コレクタ抵抗 Vcc コレクタ電圧 Tr1 RTBT VBB DC bias power supply RB Input base resistance Rc Collector resistance Vcc Collector voltage

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/338 29/812 29/88 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI technical display location H01L 21/338 29/812 29/88

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半絶縁性のInP基板上に、InPに格
子整合するInAlAs/InGaAs選択ドープヘテ
ロ接合構造を有する電界効果トランジスタ(HEMT)
層とInGaAs系共鳴トンネルダイオード層を順次積
層した堆積膜より作製され、さらに上記HEMTと上記
共鳴トンネルダイオードとが電気的に直列に接続されて
なる半導体装置において、 HEMT層と共鳴トンネルダイオード層の間に、基板側
より、n+ −InAlAs層とn+ −InGaAs層よ
りなるHEMT構造のキャップ層とn+ −InAlAs
層を選択性エッチングのストッパー層とを順次積層した
エピタキシャル層構造を挿入したことを特徴とする半導
体装置。
1. A field effect transistor (HEMT) having an InAlAs / InGaAs selectively doped heterojunction structure lattice-matched to InP on a semi-insulating InP substrate.
Between a HEMT layer and a resonant tunneling diode layer in a semiconductor device made of a deposited film in which a layer and an InGaAs-based resonant tunneling diode layer are sequentially stacked, and further the HEMT and the resonant tunneling diode are electrically connected in series. to, from the substrate side, a cap layer of n + type InAlAs layer and n + -InGaAs layer than made HEMT structure with n + type InAlAs
A semiconductor device having an epitaxial layer structure in which a layer is sequentially laminated with a selective etching stopper layer.
【請求項2】 前記HEMTの構造が、基板側より順
次、i−InAlAsのバッファ層、i−InGaAs
のチャネル層、i−InAlAsのスペーサー層、n+
−InAlAsのキャリア供給層、およびi−InAl
Asの障壁層よりなり、また、 前記共鳴トンネルダイオードの構造が、基板側より順
次、n+ −InGaAsのコレクタコンタクト層、n−
InGaAsのコレクタ層、i−InGaAsの第1の
スペーサー層、i−AlAsの第1の障壁層、i−In
GaAs層の中にi−InAs層を挿入した積層構造の
i−InGaAs/i−InAs/i−InGaAsか
らなる量子井戸層、i−AlAsの第2の障壁層、i−
InGaAsの第2のスペーサー層、n−InGaAs
のエミッタ層、およびn+ −InGaAsのエミッタコ
ンタクト層よりなること、を特徴とする請求項1記載の
半導体装置。
2. The structure of the HEMT comprises an i-InAlAs buffer layer and an i-InGaAs in order from the substrate side.
Channel layer, i-InAlAs spacer layer, n +
-InAlAs carrier supply layer and i-InAl
The barrier layer is made of As, and the structure of the resonant tunneling diode is such that the collector contact layer of n + -InGaAs and n-
InGaAs collector layer, i-InGaAs first spacer layer, i-AlAs first barrier layer, i-In
A quantum well layer composed of i-InGaAs / i-InAs / i-InGaAs having a laminated structure in which an i-InAs layer is inserted in a GaAs layer, a second barrier layer of i-AlAs, i-
InGaAs second spacer layer, n-InGaAs
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device comprises an emitter layer of n + -InGaAs and an emitter contact layer of n + -InGaAs.
【請求項3】 半絶縁性のInP基板上に、InPに格
子整合するInAlAs/InGaAs選択ドープヘテ
ロ接合構造を有する電界効果トランジスタ(HEMT)
層とInGaAs系共鳴トンネルダイオード層を順次積
層した堆積膜より作製され、さらに上記HEMTと上記
共鳴トンネルダイオードとが電気的に並列に接続されて
なる半導体装置において、 HEMT層と共鳴トンネルダイオード層の間に、基板側
より、n+ −InAlAs層とn+ −InGaAs層よ
りなるHEMT構造のキャップ層とn+ −InAlAs
層を選択性エッチングのストッパー層とを順次積層した
エピタキシャル層構造を挿入したことを特徴とする半導
体装置。
3. A field effect transistor (HEMT) having an InAlAs / InGaAs selectively doped heterojunction structure lattice-matched to InP on a semi-insulating InP substrate.
Between a HEMT layer and a resonant tunnel diode layer in a semiconductor device made of a deposited film in which a layer and an InGaAs-based resonant tunnel diode layer are sequentially stacked, and further the HEMT and the resonant tunnel diode are electrically connected in parallel. to, from the substrate side, a cap layer of n + type InAlAs layer and n + -InGaAs layer than made HEMT structure with n + type InAlAs
A semiconductor device having an epitaxial layer structure in which a layer is sequentially laminated with a selective etching stopper layer.
【請求項4】 前記HEMTの構造が、基板側より順
次、i−InAlAsのバッファ層、i−InGaAs
のチャネル層、i−InAlAsのスペーサー層、n+
−InAlAsのキャリア供給層、およびi−InAl
Asの障壁層よりなり、また、 前記共鳴トンネルダイオードの構造が、基板側より順
次、n+ −InGaAsのコレクタコンタクト層、n−
InGaAsのコレクタ層、i−InGaAsの第1の
スペーサー層、i−AlAsの第1の障壁層、i−In
GaAs層の中にi−InAs層を挿入した積層構造の
i−InGaAs/i−InAs/i−InGaAsか
らなる量子井戸層、i−AlAsの第2の障壁層、i−
InGaAsの第2のスペーサー層、n−InGaAs
のエミッタ層、およびn+ −InGaAsのエミッタコ
ンタクト層よりなること、を特徴とする請求項3記載の
半導体装置。
4. The structure of the HEMT is such that an i-InAlAs buffer layer and an i-InGaAs are sequentially arranged from the substrate side.
Channel layer, i-InAlAs spacer layer, n +
-InAlAs carrier supply layer and i-InAl
The barrier layer is made of As, and the structure of the resonant tunneling diode is such that the collector contact layer of n + -InGaAs and n-
InGaAs collector layer, i-InGaAs first spacer layer, i-AlAs first barrier layer, i-In
A quantum well layer composed of i-InGaAs / i-InAs / i-InGaAs having a laminated structure in which an i-InAs layer is inserted in a GaAs layer, a second barrier layer of i-AlAs, i-
InGaAs second spacer layer, n-InGaAs
4. The semiconductor device according to claim 3, comprising an emitter layer of n + -InGaAs and an emitter contact layer of n + -InGaAs.
【請求項5】 共鳴トンネルダイオード構造の前記n+
−InGaAsのエミッタコンタクト層にソース電極
が、HEMT構造の前記i−InAlAsの障壁層にゲ
ート電極が、また、前記HEMT構造のキャップ層の表
面であって、前記ゲート電極を間に挟んで前記共鳴トン
ネルダイオード構造と対向する位置にドレイン電極が形
成されたこと、を特徴とする請求項1または2記載の半
導体装置。
5. The resonant tunneling diode structure of said n +
A source electrode on the emitter contact layer of InGaAs, a gate electrode on the barrier layer of the i-InAlAs having a HEMT structure, and a surface of the cap layer of the HEMT structure with the gate electrode sandwiched therebetween; The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein a drain electrode is formed at a position facing the tunnel diode structure.
【請求項6】 前記ソース電極が低電位電源線に、また
前記ドレイン電極が複数インピーダンスを有する素子を
介して高電位電源線に接続され、さらに、入力信号が前
記ゲート電極に印加されることを特徴とする請求項5記
載の半導体装置。
6. The source electrode is connected to a low potential power line, the drain electrode is connected to a high potential power line through an element having a plurality of impedances, and an input signal is applied to the gate electrode. The semiconductor device according to claim 5, which is characterized in that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104752524A (en) * 2015-02-17 2015-07-01 天津大学 Resonant tunneling diode device with ultra-narrow double wells

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