JPS5938742B2 - トランジスタ - Google Patents

トランジスタ

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JPS5938742B2
JPS5938742B2 JP57000448A JP44882A JPS5938742B2 JP S5938742 B2 JPS5938742 B2 JP S5938742B2 JP 57000448 A JP57000448 A JP 57000448A JP 44882 A JP44882 A JP 44882A JP S5938742 B2 JPS5938742 B2 JP S5938742B2
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barrier
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semiconductor
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ジヨン・マ−チン・シヤノン
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    • H01L29/8618—Diodes with bulk potential barrier, e.g. Camel diodes, Planar Doped Barrier diodes, Graded bandgap diodes

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体本体を有し、かつホットチャージキャリ
ヤにより電流がその中を流れるベース領域と、エミッタ
・ベースおよびベース・コレクタバリヤ（障壁）とを有
し、これらバリヤの１つはベース領域と第１導電形の第
２半導体領域との間にあり、この第２半導体領域をトラ
ンジスタの工ミッタまたはコレクス領域とするトランジ
スタに関するものである。
いわゆる゛゛ホット エレクトロン トランジスタ’’
はＷｉｌｅｙＩｎｔｅｒ−ｓｃｉｅｎｃｅ１９６９年発
行の゛ＴｈｅＰｈｙｓｌｃｅｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓ’’に、Ｓ、Ｍ・Ｓ２ｅによりＰ
５８７〜Ｐ６１５に発表されている。
これらのトランジスタはホット チャージ キャリヤ（
文献に記載のエレクトロン）によつて電流が流れるベー
ス領域と、このベースに対し、エミッタ・ベース バリ
ヤとベース・コレクタ バリヤとを形成するバリヤ形成
手段とを含む半導体本体を有している。エミッタ・ベー
ス バリヤはベース領域内にホット チャージ キャリ
ヤを注入する作用をなし、ベース・コレクタ バリヤは
これらのホット チャージ キャリヤをベース領域より
導出する作用をする。バリヤ形成手段は、例えば、金属
絶縁物バリヤとし、ベース領域に対し薄い絶縁物をトン
ネル状にくぐりぬけてホット チャージ キャリヤが注
入されるようにしても良く、またこれを金属・半導体シ
ヨツトキーバリヤとし、シヨツトキ一型の熱イオン エ
ミツシヨンによつてベース領域内にホツト チヤーツ
キヤリヤを注入しても良い。
この後者の場合少くとも１つのバリヤ（障壁）がベース
領域と一導電形の半導体領域でトランジスタのエミツタ
領域また仁コレクタ領域を形成する領域の間に存在する
。ホツト チヤージ キヤリヤとは結晶格子に対し熱平
衡を生じないものをいう。
すなわちホツトエレクトロンはフエルミ（Ｆｅｒｍｉ）
エネルギーより数Ｋ．Ｔ．だけ高いエネルギーを有する
（ただし、ここにＫおよびＴは、ボルツマン常数および
格子温度である）。これに対しホツト ホールはフエル
ミ エネルギーより下に数Ｋ．Ｔ．低いエネルギーを有
する。上述のＳ沈の文献に発表されているように、ある
異なつた型のホツト エレクトロンートランジスタが数
年以前より提案されていたが、商用として実際に使用し
得るものは完成されていなかつた。
従来提案されたホツト エレクトロン トランジスタは
基本的には金属と絶縁物または半導体と金属との交互の
層であり、あるものはシヨツトキーバリヤを含んでいた
。これら従来装置の共通の特徴はベース領域が薄いサン
ドイツチ状の金属層を含むことである。これら従来既知
のトランジスタは製潰技術が難かしい欠点があつた。
また各々異なる材料間のインタフエースの問題も生じた
。チヤージ キヤリヤは異なる材料間の数個のインタフ
エースを通過するを要し、ある共通装置内に組込まれて
いる種種のエネルギー バンド ギヤツプの半導体ある
いは誘電材料を通過するを要した。この結果キヤリヤの
移動量は僅少となり、エミツタおよびコレクタの効率が
小であつた。本発明においては上述の型のトランジスタ
において、ベース領域を第２半導体領域よりも高いドー
プ濃度を有する第１導電形の半導体領域で形成し、前記
ベース領域を前記第２半導体領域より分離する半導体バ
リヤ領域によつて前記１つのバリヤを形成し、このバリ
ヤ領賊は第１導電形とは反対の第２導電形のドープ濃度
を有し、このドープ濃度によつてベース領域と第２半導
体領域間の前記第１導電形のチヤージ キヤリヤの流れ
に対するポテンシヤルバリヤ領域の高さを決定し、この
バリヤ領戚は前記ベース領域と前記第２半導体領域の双
方に対しデイプレーシヨン層を形成し、かつこのバリヤ
領域は充分薄くしてゼＣＪ／くイアスにおけるデイプレ
ーシヨン層が全バリヤ領域の動きうるチヤージキヤリヤ
をほぼ消滅させうる如くし、バリヤ領域とベース領域の
双方を流れる電流は前記第１導電形のホツト チヤージ
キヤリヤによるものとなる如くしたことを特徴とする
。
本発明によるかかる種類のトランジスタはホツト エレ
クトロン トランジスタまたはホツトホール トランジ
スタの何れでも良い。
このようなトランジスタは半導体ベース領域を上述の如
くの構成としているので、エミツタ・ベースおよびコレ
クタ・ベース バリヤはベース領域を含む半導体本体内
に形成できる。このため従来難かしかつたようなインタ
フエースの問題が減少する（ある型式のトランジスタで
はこの問題をほぼ完全に解消することもできる）。他の
バリヤ形成手段は既知の金属半導体シヨツトキ一 バリ
ヤとするか、あるいは他のほぼ空乏半導体バリヤ領域と
し、これによつてベース領域をこの本体内に存する同じ
く一方の導電形の第３半導体領域より分離する。
ベース領域と第２領域間のポテンシヤル バリヤの高さ
（すなわち、所定のバイアス電圧に対するバリヤ領域を
通じて流れる電流の大きさ）はこのバリヤ領域の反対導
電形を特徴づける不純物濃度の大小に関係する。
この不純物濃度は、半導体の前記反対導電形を特徴づけ
る放射（ラジエーシヨン）ダメージを半導体の結晶格子
に与えることにより形成できる。このようなダメージの
中心は例えば中性不純物イオンのインプランテーシヨン
によつて形成することができる。しかし現在もつとも好
ましい形態はバリヤ領域の不純物濃度を定める前記反対
導電形の不純物をドーブした半導体領域でバリヤ領域を
形成することであり、このようなドープによつてバリヤ
領域はより容易に反復して再現可能なものとでき、かつ
反対導電形の極めて高い不純物濃度とＴることができる
。以下図面により本発明を説明する。
本発明の図面は説明用のものであり、決して正しい縮尺
で示しておらず、とくに半導体装置の厚さは説明を容易
にするため著しく拡大誇張して示してある。
第１図は本発明によるホツト エレクトロントランジス
タのエネルギー バンドを示す図であり、本トランジス
タはベース領域２、バリヤ領域１、シヨツトキ一接点Ｍ
とコレクタ領域３を有するものである。
シヨツトキ一接点Ｍはエミツタとして作用し、電子をｎ
形のベース領域２に注入する。なおこのためにはシヨツ
トキ一接点には逆バイアスを加えて動作させるを要する
。このようなトランジスタ構造ではベース領域２には多
数チヤージ キヤリヤによつて電流が流れる。
すなわちｎ形のベース領域２内に電子によつて電流が流
れる。エミツタ バリヤ（シヨツトキバリヤ）はバリヤ
領域１のバリヤよりも高く選定するを要する。ベース領
域２内でエミツタコレクタ間に電流を選ぶ多数キヤリヤ
のエネルギーはフエルミ エネルギーより揺に高いので
この種トランジスタを一般に６ホツト・エレクトロント
ランジスタ７と称する。本発明によるホツト エレクト
ロン トランジスタの製造においては、第１図に示すよ
うに、ベース領域を半導体の領域２で形成し、バリヤを
同じ半導体本体中に形成する。
この種ホツト エレクトロン トランジスタではエミツ
タおよびベースの両方における少数キヤリヤの蓄積効果
は無視し得る程度のものであるから、このトランジスタ
は高速度または高周波で使用するに適している。ベース
領域２に対して一導電形の高いドーピング濃度を選ぶこ
とによつて、トランジスタは低いベース抵抗を有すると
共に、ベースのドーピングにおける不均質性に対して比
較的敏感でなくすることができる。従つて、この種トラ
ンジスタは従来のＮＰ［１またはＰ［１Ｐのバイポーラ
トランジスタと比べて極めて大きな利点がある。第２
図は、本発明によるホツト エレクトロントランジスタ
の一実施例を示す。
第１の領域２は一導電形（例えばｎ形）の高度にドーピ
ングされており、トランジスタのベース領域を構成する
。エミツタ・ベース接合をこのベース領域２に対しバリ
ヤ（障壁）形成手段によつて形成する。この形成手段は
第２図で示す例では、例えば金またはニツケルから成る
シヨツトキ一電極４０をベース領域２の一部分に接触さ
せて設けシヨツトキーバリヤを形成させる。ベース接点
をベース領域２への電極接続部２２によつて構成する。
このトランジスタのコレクタ領域を一導電形の第２の領
域３によつて形成する。この領域３はエピタキシヤル層
とすることができる。第２図に示したトランジスタのコ
レクタ接点は同じ一導電形の不純物多量添加した基板１
３の背面と接触させる。この基板１３上には上述のエピ
タキシヤル層を形成してある。一導電形の高度のドーピ
ング濃度３０の部分を障壁領域１に隣接したコレクタ領
域３中に包含させて設ける。ほぼ完全に空乏化されたバ
リヤ（障壁）領域１によつてトランジスタのベース・コ
レクタ バリヤを形成する。動作中、エミツタ電極４０
はｎ形ベース２に対して負にバイアスされ、このベース
２それ自身コレクタ電極２３に対して負にバイアスされ
る。
ベース電極２２およびコレクタ電極２３によつて実質的
に空乏化されたバリヤ領域１間に逆バイアスの電圧を印
加する。エミツタ電極およびコレクタ電極によつて、第
１の領域（ベース領域）２およびバリヤ領域１を通つて
第２の領域（図示の例でコレクタ領域）３までの主電流
通路を規制する。第２図に示す如く交流入力信号をエミ
ツタとして動作するシヨツトキ一電極４０とベース電極
２２の間に供給し、増副された出力信号をベース電極２
２とコレクタ電極２３の間の負荷抵抗Ｒ間から取り出す
。好適例においては、前述のシヨツトキ一電極４０の下
の第１の領域（ベース領域）２のドーピング濃度は表面
からある距離だけ離間したところに最高値を有するよう
にする。
このことはインプランテーシヨンで高いイオン エネル
ギーを用いることによつて達成することができる。逆バ
イアス状態の下で、この離間部は、エミツタとベース領
域２の非空乏化部分間の電位降下を生ずるので、コレク
タ バリヤ領域１の電位は、逆バイアスの増大とともに
エミツタに対してより低い電位に移行するようになる。
このようにして、エネルギーの分配がなされ、これによ
りバリヤ領域１におけるコレクタ効率が向上する。この
離間（Ｓｐａｃｉｎｇ）を第１図において領域２内のｎ
およびｎ＋の記号で表してある。また、領域３の基体中
に局部的に形成した高度のドーピング濃度３０を同図に
おいては領域３にｎおよびＮＨの記号で表す。このｎ（
ハ）記号は領域３の基体ドーピングを表わしている。こ
の局部的に形成したドーピング濃度３０によつてもコレ
クタ効率が向上する。第３図は本発明によるホツト エ
レクトロントランジスタを具える集積回路の一部を示す
。
本例においては、第２の領域３をエピタキシヤル層の島
部分によつて形成する。この層は一導電形（例えばｎ形
）のもので、反対導電形の基板１３上に設ける。この島
３を既知の手段によつてエピタキシヤル層の他の島部分
５３から島と基板１３との間のｐ−ｎ接合およびこれら
島を横方向に包囲するバリヤ（島壁）５１によつて電極
的に絶縁する。集積回路技術において既知のように、か
かる絶縁壁は、例えばエピタキシヤル層の厚さ全体に亘
つて反対導電形のドーパントを局部的に拡散させたり、
または例えばエピタキシヤル層の局部的酸化によつて作
る絶縁材料等によつて形成される。かく分離した島を形
成した後で、ホツト エレクトロン トランジスタを島
の領域３中に形成し、そして他の回路素子を他の島５３
中に形成する。種々の回路素子をエピタキシヤル層の衣
面の屯極接続によつ−Ｃ同一の集積回路内で接続するこ
とができる。この回路を例えば論理回路として形成して
使用することができる。第３図の実施例において、トラ
ンジスタのコレクタ電極接続２３は島の部分の領域３の
表面と接触する。
コレクタの直列抵抗を減少させるために、更に高度にド
ーブした表面接点ゾーン５４および埋設層５５（両方共
同じ一導電形である）を既知の手段で第３図に示すよう
に設けることができる。第３図のホツト エレクトロン
トランジスタは第２図のものとは次の点が相違してい
る。即ち、第３図の例では複数のエミツタ・ベース バ
リアを第１の領域たるベース領域２に対し形成するので
、ベース抵抗が減ることである。このマルチエミツタ構
造は、例えば複数のベース接点２２と交互に配置する複
数のシヨツトキ一接点４０を設けることによつて得るこ
とができる。本発明によるホツト エレクトロン トラ
ンジスタの環状ゾーン２４は、ほぼ完全に空乏化された
バリヤ領域１の深さおよびドーピングと相違させる必要
はないが、バリヤ領域１を形成するために用いるドーピ
ング工程中に形成することができる０第４図は本発明に
よる他のホツト エレクトロン トランジスタの電立ダ
イアグラムである。
シヨツトキ一電極の代りに、このトランジスタは第３の
領域６０を有し、この領域６０は第１領域２と同じ一導
電形のものであり、トランジスタのエミツタを形成する
。領域６０をこの下に存在する第１の領域２からエミツ
タ・ベース接合を形成するバリヤ領域６１によつて分離
する。このエミツタ・ベース バリヤ領域６１は反対導
電形の不純物濃度特性を有する半導体領域であり、この
濃度を上述のバリヤ領域中の一導電形のドーピングより
高くして、第１および第３の領域２，６０から一導電形
のチヤージ キヤリヤの流れに対するバリヤ（障壁）を
形成すると共に、零バイアス時に領域２，６０で空乏層
を形成する。エミツタ・ベース バリヤ領域６１は充分
に薄くし、零バイアス時に領域２，６０で形成した上述
の空乏層が一緒にバリヤ領域６１中に溶け込み、反対お
よび一導電形の移動チヤージ キヤリヤのバリヤ領域６
１の全体を零バイアス時に実質的に空乏化する。従つて
このトランジスタは、エミツタ・ベースおよびコレクタ
・ベース バリヤを形成する実質的に空乏化されたバリ
ヤ領域６１および１を有し、エミツタ領域６０、ベース
領域２およびコレクタ領域３はすべて同じ導電形のもの
である。領域６１および４０は勿論イオン インブラン
テーシヨンによつて形成することができる。本発明によ
るホツト エレクトロン トランジスタは上述の極性と
は反対の極性で形成し使用することができる。
この場合、第１および第２の領域２，３によつてベース
およびエミツタ領域をそれぞれ形成し、これらの間の実
質的に空乏化したバリヤ領域１によつてエミツタ・ベー
ス バリヤ（障壁）を形成する〇また本発明には、更に
多くの変形例および応用例が考えられることは明らかで
ある。
例えば実質的に空乏化された狭いバリヤ領域１および不
純物多量添加した第１の領域２を形成するのに特に都合
のよかつたイオン インプランテーシヨンにつき述べた
が、他の既知の技術を駆使できることは明らかである。
従つて、例えば分子線エピタキシは薄いドープされた領
域を例えばカリウム砒素の如き１１−Ｖ族半導体材料で
形成するに適当なものである。この分子線エピタキシに
よつて成長した領域の横方向の寸法を順次の泣置決め処
理、例えば局部的エツチングはく離、位置決めされた過
剰ドーピングまたは立置決めされた陽子衝撃を用いる半
絶縁ゾーンの形成によつて規制することができる。また
本発明によつては、反対導電形の装置を形成することが
できることは明らかである。
例えば第１および第２の領域２および３をｐ形とし、バ
リヤ領域１の不純物濃度をドナー レベルによつて形成
することもできる。また、第１の領域２と第２の領域３
との間のバリヤ領域１にバイアス電圧を印加し、かつこ
れら領域２，３に亘つて延びる電流通路を半導体装置中
に規制し位置決めする電極を領域２，３に直接接触させ
る必要はなく、装置の構造によつては他の半導体領域ま
たは装置の他の回路素子を介して間接的に接触させるこ
とも可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明によるトランジスタの電立ダイヤグラム
、第２図は第１図のトランジスタの半導体部分の横断面
図、第３図は本発明による集積回路の半導体部分の横断
面図、第４図は本発明によるトランジスタの他の例の電
位ダイヤグラムである。 １・・・・・・バリヤ領域、２・・・・・・ベース（第
１）領域、３・・・・・・コレクタ（第２）領域、１３
・・・・・・基板、２２，２３・・・・・・電極、２４
・・・・・・環状ゾーン、２６・・・・・・絶縁層、３
０・・・・・・ドーピング濃度、４０・・・・・・シヨ
ツトキ一接点（電極）、５１・・・・・・バリヤ、５３
・・・・・・島、５５・・・・・・埋設層、６０・・・
・・・第３の領域。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 半導体本体を有し、ホットチャージキャリヤにより
    電流が流れるベース領域と、エミッタ・ベースバリヤと
    、ベース・コレクタバリヤとを有するトランジスタで、
    これらバリヤの１つは前記ベース領域と第１導電形の第
    ２半導体領域との間にあり、この第２半導体領域をトラ
    ンジスタのエミッタまたはコレクタ領域とするトランジ
    スタにおいて、前記ベース領域を第２半導体領域よりも
    高いドープ濃度を有する第１導電形の半導体領域で形成
    し、前記ベース領域を前記第２半導体領域より分離する
    半導体バリヤ領域によつて前記１つのバリヤを形成し、
    このバリヤ領域は第１導電形とは反対の第２導電形のド
    ープ濃度を有し、このドープ濃度によつてベース領域と
    第２半導体領域間の前記第１導電形のチャージキャリヤ
    の流れに対するポテンシャルバリヤ領域の高さを決定し
    、このバリヤ領域は前記ベース領域と前記第２半導体領
    域の双方に対しデイプレーシヨン層を形成し、かつこの
    バリヤ領域は充分薄くしてゼロバイアスにおけるデイプ
    レーシヨン層が全バリヤ領域の動きうるチャージキャリ
    ヤをほぼ消滅させうる如くし、バリヤ領域とベース領域
    の双方を流れる電流は前記第１導電形のホットチャージ
    キャリヤによるものとなる如くしたことを特徴とするト
    ランジスタ。
JP57000448A 1976-03-24 1982-01-06 トランジスタ Expired JPS5938742B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB11835/76 1976-03-24
GB11835/76A GB1573309A (en) 1976-03-24 1976-03-24 Semiconductor devices and their manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS589366A JPS589366A (ja) 1983-01-19
JPS5938742B2 true JPS5938742B2 (ja) 1984-09-19

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ID=9993593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57000448A Expired JPS5938742B2 (ja) 1976-03-24 1982-01-06 トランジスタ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4149174A (ja)
JP (1) JPS5938742B2 (ja)
CA (1) CA1078073A (ja)
DE (1) DE2711562C3 (ja)
FR (1) FR2345814A1 (ja)
GB (1) GB1573309A (ja)

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