JPS61268063A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS61268063A JPS61268063A JP10936685A JP10936685A JPS61268063A JP S61268063 A JPS61268063 A JP S61268063A JP 10936685 A JP10936685 A JP 10936685A JP 10936685 A JP10936685 A JP 10936685A JP S61268063 A JPS61268063 A JP S61268063A
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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
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/7606—Transistor-like structures, e.g. hot electron transistor [HET]; metal base transistor [MBT]
-
- H—ELECTRICITY
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/36—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
- H01L29/365—Planar doping, e.g. atomic-plane doping, delta-doping
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置、特に新しく開発されつつある、T
HETA(Tunneling Hot Electr
on TransferAmplifier)或いはB
ET()lot Electron Transist
or)と呼ばれる半導体装置の改善に関する。
HETA(Tunneling Hot Electr
on TransferAmplifier)或いはB
ET()lot Electron Transist
or)と呼ばれる半導体装置の改善に関する。
現在マイクロエレクトロニクスは目覚ましい進歩を続け
ているが、更にこれを飛躍させるために、従来のトラン
ジスタとは異なる動作原理に基づく新しい半導体装置を
実現する研究が行われている。
ているが、更にこれを飛躍させるために、従来のトラン
ジスタとは異なる動作原理に基づく新しい半導体装置を
実現する研究が行われている。
前記DETはこの様な新しい動作原理に基づく半導体装
置であるが、そのベースヨンタクトには後述の如き問題
点がありその解決が強く要望されている。
置であるが、そのベースヨンタクトには後述の如き問題
点がありその解決が強く要望されている。
(従来の技術〕
先に提案されたHETでは、第2図(alのポテンシャ
ル図に示す動作が行われる。(M、Heiblum;
1980IEEE Electron Devices
Meeting)すなわち本装置はエミッタ、ベース
、コレクタの3領域を備え、ベースとエミッタ及びコレ
クタとの間にそれぞれポテンシャルバリアが設けられて
いる。この装置に例えば温度77Kにおいて、エミッタ
をベースに対して負の電位とするバイアス電圧を加えた
とき、電子がエミッターベース間のバリアをトンネル効
果により突き抜けて、エミッタ電流I、を構成する。
ル図に示す動作が行われる。(M、Heiblum;
1980IEEE Electron Devices
Meeting)すなわち本装置はエミッタ、ベース
、コレクタの3領域を備え、ベースとエミッタ及びコレ
クタとの間にそれぞれポテンシャルバリアが設けられて
いる。この装置に例えば温度77Kにおいて、エミッタ
をベースに対して負の電位とするバイアス電圧を加えた
とき、電子がエミッターベース間のバリアをトンネル効
果により突き抜けて、エミッタ電流I、を構成する。
この電子は相互にほぼ等しいエネルギーをもち、ベース
領域においてはエミッターベース間の電位差v、tによ
って伝導帯端に対してeV、、だけ高いエネルギー準位
にある。このエネルギーをもつ電子はコレクタに向かっ
て弾劾的に進むが、電子相互□間、電子−格子原子間及
び電子−不純物原子間の衝突を総合したこの方向(X方
向)の平均自由行程を10とするとき、長さdlのベー
ス領域を電子が通過する確率はexp(−d++/Is
)である。
領域においてはエミッターベース間の電位差v、tによ
って伝導帯端に対してeV、、だけ高いエネルギー準位
にある。このエネルギーをもつ電子はコレクタに向かっ
て弾劾的に進むが、電子相互□間、電子−格子原子間及
び電子−不純物原子間の衝突を総合したこの方向(X方
向)の平均自由行程を10とするとき、長さdlのベー
ス領域を電子が通過する確率はexp(−d++/Is
)である。
ベース領域に対する前記コレクタ側のバリア高さをφ6
、電子ビームのエネルギーの正常な幅の1/2をδとし
て、電子の前記エネルギー準位差のX成分がφ、+δよ
り大であるときは、エミッタ電流11の大部分はコレク
タ側のバリアφゎを越え、ベース接地電流増幅率α=1
c/Itを1に漸近させることが出来る。
、電子ビームのエネルギーの正常な幅の1/2をδとし
て、電子の前記エネルギー準位差のX成分がφ、+δよ
り大であるときは、エミッタ電流11の大部分はコレク
タ側のバリアφゎを越え、ベース接地電流増幅率α=1
c/Itを1に漸近させることが出来る。
このHETを半導体装置として実現した従来例の模式側
断面図を第2図(b)に示す。
断面図を第2図(b)に示す。
同図において、21は半絶縁性砒化ガリウム(GaAS
)基板、22.28及び29は1型GaAs :1ンタ
クト層、23はn型GaAsコレクタ層、24は砒化ア
ルミニウムガリウム(AIGaAs)バリア層、25は
n型GaAsベース層、26はAlGaAsバリア層、
27はn型GaAsエミッタ層、30はコレクタ電極、
31はベース電極、32はエミッタ電極、33は保護絶
縁膜である。
)基板、22.28及び29は1型GaAs :1ンタ
クト層、23はn型GaAsコレクタ層、24は砒化ア
ルミニウムガリウム(AIGaAs)バリア層、25は
n型GaAsベース層、26はAlGaAsバリア層、
27はn型GaAsエミッタ層、30はコレクタ電極、
31はベース電極、32はエミッタ電極、33は保護絶
縁膜である。
本従来例の半導体基体のコレクタ層23乃至エミッ、り
層27は例えば下記例の如く構成されている。
層27は例えば下記例の如く構成されている。
半導体層 組成 不純物濃度 厚さくJ−’
nm 27 エミッタ GaAs 5X10”
10026 バリア Al(1,1Gao
、 7As ノンドープ 5025 ベース
GaAs 5X10” 10024
バリア Ale、 、Ga、、、As ノンドープ
10023 コレクタ GaAs 5x
to” 200なお、n型GaAs層23.25及
び27の不純物濃度を上記例より少なく lXl0”
am−’程度とする例があるが、従来例では各半導体層
の組成と不純物濃度はそれぞれ均一にされている。
nm 27 エミッタ GaAs 5X10”
10026 バリア Al(1,1Gao
、 7As ノンドープ 5025 ベース
GaAs 5X10” 10024
バリア Ale、 、Ga、、、As ノンドープ
10023 コレクタ GaAs 5x
to” 200なお、n型GaAs層23.25及
び27の不純物濃度を上記例より少なく lXl0”
am−’程度とする例があるが、従来例では各半導体層
の組成と不純物濃度はそれぞれ均一にされている。
この半導体基体にオーミック接触する電極のうちエミッ
タ及びコレクタ電極には特に問題は無いが、ベースコン
タクトの形成は容易ではない。
タ及びコレクタ電極には特に問題は無いが、ベースコン
タクトの形成は容易ではない。
すなわち本半導体装置は電子がベース領域を通過してコ
レクタに達する確率を高め、かつその走行時間を短縮す
るために、ベース層は不純物を低濃度としかつ厚さを出
来るだけ薄くすることが望ましく、例えばその厚さは前
記従来例より薄い10乃至20nm程度とすることが本
来望ましい。
レクタに達する確率を高め、かつその走行時間を短縮す
るために、ベース層は不純物を低濃度としかつ厚さを出
来るだけ薄くすることが望ましく、例えばその厚さは前
記従来例より薄い10乃至20nm程度とすることが本
来望ましい。
しかしながらBETはへテロ接合バイポーラトランジス
タ等とは異なり、中央のベース層がエミッタ層及びコレ
クタ層と同じくn型であるために、ベースコンタクト構
成部はエミッタ及びコレクタ領域等から空間的に分離し
て形成することが必要である。そのために前記従来例で
はベース層25をやや厚く成長し、その上の半導体層2
8〜26を選択的にエツチングして表出させたベース層
25上に、1型GaAs層29を選択的に成長してコン
タクト領域とし、ここにベース電極31を形成している
。
タ等とは異なり、中央のベース層がエミッタ層及びコレ
クタ層と同じくn型であるために、ベースコンタクト構
成部はエミッタ及びコレクタ領域等から空間的に分離し
て形成することが必要である。そのために前記従来例で
はベース層25をやや厚く成長し、その上の半導体層2
8〜26を選択的にエツチングして表出させたベース層
25上に、1型GaAs層29を選択的に成長してコン
タクト領域とし、ここにベース電極31を形成している
。
本従来例においては、ベース電極31のコンタクト層2
9とエミッタ層27及びバリア層26との間に、ベース
N25が表出する領域を生じている。この領域の幅はマ
スク合わせ着痩等から例えば1−程度であるがここに表
面空乏層を生じ、またバリア層26のエツチングの際に
ベース層25が若干エツチングされることもあってベー
スN25の抵抗値を一層高くし、意図する電流増幅率が
得られない。
9とエミッタ層27及びバリア層26との間に、ベース
N25が表出する領域を生じている。この領域の幅はマ
スク合わせ着痩等から例えば1−程度であるがここに表
面空乏層を生じ、またバリア層26のエツチングの際に
ベース層25が若干エツチングされることもあってベー
スN25の抵抗値を一層高くし、意図する電流増幅率が
得られない。
この問題点に対処するために、エミッターベースコンタ
クト層間の前記ベース層25が表出する−領域に、バリ
ア層26を残す構造が既に提供されている。(特願昭5
9−139692) 該構造によれば、この領域でベ
ース層25に表面空乏層を生ぜず、かつエツチングによ
る厚さの減少もないが、バリア層26はトンネル効果の
確率などからその厚さが制限されるために、その表面空
乏層がベース層25に及ぶことが多い。
クト層間の前記ベース層25が表出する−領域に、バリ
ア層26を残す構造が既に提供されている。(特願昭5
9−139692) 該構造によれば、この領域でベ
ース層25に表面空乏層を生ぜず、かつエツチングによ
る厚さの減少もないが、バリア層26はトンネル効果の
確率などからその厚さが制限されるために、その表面空
乏層がベース層25に及ぶことが多い。
またベース電極31のコンタクト層29の選択的成長は
煩雑であるのみならず、一旦大気中に暴露されたベース
層25に表面準位が形成され、コンタクト層29の再成
長後には低電子濃度のディプリーション領域となって抵
抗値の上昇を招いている。
煩雑であるのみならず、一旦大気中に暴露されたベース
層25に表面準位が形成され、コンタクト層29の再成
長後には低電子濃度のディプリーション領域となって抵
抗値の上昇を招いている。
〔発明が解決しようとする問題点9
以上説明した如(、HETのベース電極を分離するため
に表出させるベース層に生ずる表面空乏層、或いはバリ
ア層からベース層に達する空乏層、及び−・旦表出した
ベース層のコンタクト再成長層との界面近傍に生ずる低
電子濃度のディプリーション領域によって、そのベース
抵抗が増大している。
に表出させるベース層に生ずる表面空乏層、或いはバリ
ア層からベース層に達する空乏層、及び−・旦表出した
ベース層のコンタクト再成長層との界面近傍に生ずる低
電子濃度のディプリーション領域によって、そのベース
抵抗が増大している。
この新しい半導体装置に期待される特性を実現するため
に、ベース抵抗増大の要因を排除し、かつ煩雑なベース
コンタクト層の選択的再成長のプロセスを必要としない
構造の改善が要望されている。
に、ベース抵抗増大の要因を排除し、かつ煩雑なベース
コンタクト層の選択的再成長のプロセスを必要としない
構造の改善が要望されている。
前記問題点は、半絶縁性砒化ガリウム基板上に、n型砒
化ガリウム・コレクタコンタクト層、n型砒化ガリウム
・コレクタ層、ノンドープの砒化アルミニウムガリウム
第1バリア層、ベース層、ノンドープの砒化アルミニウ
ムガリウム第2バリア層、n型砒化ガリウム・エミッタ
層、n型砒化ガリウム・エミッタコンタクト層が順次積
層され、該ベース層はn型砒化ガリウム層と、シリコン
のフタコンタクト層に接して金ゲルマニウム/金よりな
るコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極がそれぞ
れ設けられて、該エミッタ電極を該ベース電極に対し負
の電位とし、該ベース電極を該コレクタ電極に対し負の
電位とするバイアス電圧を加えて、電子を該エミッタ層
から該第2バリア層をトンネル効果により突き抜け、ホ
ットエレクトロン状態で該ベース層を通過し該第1バリ
ア層のポテンシャルレベルを越えて、該コレクタ層に到
達させる本発明による半導体装置により解決される。
化ガリウム・コレクタコンタクト層、n型砒化ガリウム
・コレクタ層、ノンドープの砒化アルミニウムガリウム
第1バリア層、ベース層、ノンドープの砒化アルミニウ
ムガリウム第2バリア層、n型砒化ガリウム・エミッタ
層、n型砒化ガリウム・エミッタコンタクト層が順次積
層され、該ベース層はn型砒化ガリウム層と、シリコン
のフタコンタクト層に接して金ゲルマニウム/金よりな
るコレクタ電極、ベース電極及びエミッタ電極がそれぞ
れ設けられて、該エミッタ電極を該ベース電極に対し負
の電位とし、該ベース電極を該コレクタ電極に対し負の
電位とするバイアス電圧を加えて、電子を該エミッタ層
から該第2バリア層をトンネル効果により突き抜け、ホ
ットエレクトロン状態で該ベース層を通過し該第1バリ
ア層のポテンシャルレベルを越えて、該コレクタ層に到
達させる本発明による半導体装置により解決される。
本発明によれば、ベース層の上側すなわちベース電極側
の界面近傍に、シリコン(Si)をアトミックプレーン
ドーピング(atomic plane doping
) L/て非常に高濃度のキャリア電子を生成する。
の界面近傍に、シリコン(Si)をアトミックプレーン
ドーピング(atomic plane doping
) L/て非常に高濃度のキャリア電子を生成する。
なおベース層には従来と同様にドナー不純物を均等にド
ーピングするが、アトミックプレーンドーピングによる
キャリア電子“が分布する領域には、この通常のドーピ
ングは行っても、行わなくてもよい。
ーピングするが、アトミックプレーンドーピングによる
キャリア電子“が分布する領域には、この通常のドーピ
ングは行っても、行わなくてもよい。
このアトミックプレーンドーピングによる高濃度のキャ
リア電子により空乏層の伸長は止められ、。
リア電子により空乏層の伸長は止められ、。
かつベース電極を直接ベース層上に形成しても良好なオ
ーミック接触が得られて、ベース抵抗の低減が実現され
る。
ーミック接触が得られて、ベース抵抗の低減が実現され
る。
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第4図(a)は本発明の実施例の模式側断面図、同図(
blはその要部拡大図である。
blはその要部拡大図である。
同図において、1は半絶縁性GaAs基板、2乃至8は
下記のエピタキシャル成長層、10はコレクタ電極、1
1はベース電極、12はエミッタ電極、13は保護絶縁
膜である。
下記のエピタキシャル成長層、10はコレクタ電極、1
1はベース電極、12はエミッタ電極、13は保護絶縁
膜である。
本実施例において各エピタキシャル成長N2乃至8は、
半絶縁性GaAs基板1上に例えば下記例の如く分子線
エピタキシャル成長方法により順次エピタキシャル成長
されている。
半絶縁性GaAs基板1上に例えば下記例の如く分子線
エピタキシャル成長方法により順次エピタキシャル成長
されている。
なおベース層5の成長は次の3段階で行われている。す
なわち、ASSGas stビームによりn型GaAs
層5aを厚さ48nmに成長した後にGaビームを止め
、Siを面濃度約3X10”cm−”にアトミックプレ
ーンドーピングしく5b)、次いでStビニムを止めG
aビームを再び入射させてノンドープのGaAs層5c
を厚さ2面に成長し、合計厚さを50nmとしている。
なわち、ASSGas stビームによりn型GaAs
層5aを厚さ48nmに成長した後にGaビームを止め
、Siを面濃度約3X10”cm−”にアトミックプレ
ーンドーピングしく5b)、次いでStビニムを止めG
aビームを再び入射させてノンドープのGaAs層5c
を厚さ2面に成長し、合計厚さを50nmとしている。
半導体層 組成 不純物濃度 厚さam −
’ nm 8 コンタクト GaAs 2X10”
507 エミッタ GaAs 、 5X1
0” 1006 バリア Ale、 aGao、
&A3 ノンドープ 505 ベース 5 c GaAs ノンドープ 2
5b Si 3X10”cm−
” −5a GaAs 5X10
” 484 バリア Ale、 =Gao、
Js ノンドープ 1003 コレクタ GaAs
5x 10” 2002 コンタクト
GaAs 2 X 10自” 200
この半導体基体に、バリア層6を残すベース電極分離領
域と、ベース層5Cを表出するベース電極形成領域とを
選択的エツチングによって設け、金ゲルマニウム/金(
AuGe/Au)を蒸着し、例えば温度450℃、30
秒程度の合金化熱処理を行ってベース電極11を形成し
ている。なおコレクタ電極10、エミッタ電極12も同
様にAuGe/Auを用いている。
’ nm 8 コンタクト GaAs 2X10”
507 エミッタ GaAs 、 5X1
0” 1006 バリア Ale、 aGao、
&A3 ノンドープ 505 ベース 5 c GaAs ノンドープ 2
5b Si 3X10”cm−
” −5a GaAs 5X10
” 484 バリア Ale、 =Gao、
Js ノンドープ 1003 コレクタ GaAs
5x 10” 2002 コンタクト
GaAs 2 X 10自” 200
この半導体基体に、バリア層6を残すベース電極分離領
域と、ベース層5Cを表出するベース電極形成領域とを
選択的エツチングによって設け、金ゲルマニウム/金(
AuGe/Au)を蒸着し、例えば温度450℃、30
秒程度の合金化熱処理を行ってベース電極11を形成し
ている。なおコレクタ電極10、エミッタ電極12も同
様にAuGe/Auを用いている。
本実施例のベース抵抗値は20〜30Ω程度であり、前
記従来例では100Ω程度であったのに比較して顕著な
改善が実現されている。
記従来例では100Ω程度であったのに比較して顕著な
改善が実現されている。
以上説明した如く本発明によれば、ベース抵抗が低減さ
れて電流増幅率等の特性が改善され、かつ選択的再成長
が不要となり、これによってIIETの開発が大きく前
進する効果が得られる。
れて電流増幅率等の特性が改善され、かつ選択的再成長
が不要となり、これによってIIETの開発が大きく前
進する効果が得られる。
第1図(a)は本発明の実施例を示す模式側断面図、(
blはその要部拡大図、 第2図(a)は本装置の動作の説明図、(b)は従来例
を示す模式側断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2及び8は♂型GaAsコンタクト層、3はn型GaA
sコレクタ層、 4はAlGaAsバリア層、 5は5a乃至5cよりなるベース層1 .5aはn型GaAs層 5bはSiアトミックプレーンドープ層、5cはノンド
ープのGaAs層、 6はAlGaAsバリア層、 7はn型GaAsエミッタ層、 10はコレクタ電極、 11はベース電極、 12はエミッタ電極、 13は保護絶縁膜を示す。 椅Prジ払工業枝蛸陀欠瀉々力 %− 革l 区
blはその要部拡大図、 第2図(a)は本装置の動作の説明図、(b)は従来例
を示す模式側断面図である。 図において、 1は半絶縁性GaAs基板、 2及び8は♂型GaAsコンタクト層、3はn型GaA
sコレクタ層、 4はAlGaAsバリア層、 5は5a乃至5cよりなるベース層1 .5aはn型GaAs層 5bはSiアトミックプレーンドープ層、5cはノンド
ープのGaAs層、 6はAlGaAsバリア層、 7はn型GaAsエミッタ層、 10はコレクタ電極、 11はベース電極、 12はエミッタ電極、 13は保護絶縁膜を示す。 椅Prジ払工業枝蛸陀欠瀉々力 %− 革l 区
Claims (1)
- 半絶縁性砒化ガリウム基板(1)上に、n型砒化ガリウ
ム・コレクタコンタクト層(2)、n型砒化ガリウム・
コレクタ層(3)、ノンドープの砒化アルミニウムガリ
ウム第1バリア層(4)、ベース層(5)、ノンドープ
の砒化アルミニウムガリウム第2バリア層(6)、n型
砒化ガリウム・エミッタ層(7)、n型砒化ガリウム・
エミッタコンタクト層(8)が順次積層され、該ベース
層(5)はn型砒化ガリウム層(5a)と、シリコンの
アトミックプレーンドーピング層(5b)と、ノンドー
プの砒化ガリウム層(5c)とが順次積層されてなり、
かつ該コレクタコンタクト層(2)、該ベース層(5)
及び該エミッタコンタクト層(8)に接して金ゲルマニ
ウム/金よりなるコレクタ電極(10)、ベース電極(
11)及びエミッタ電極(12)がそれぞれ設けられて
、該エミッタ電極(12)を該ベース電極(11)に対
し負の電位とし、該ベース電極(11)を該コレクタ電
極(10)に対し負の電位とするバイアス電圧を加えて
、電子を該エミッタ層(7)から該第2バリア層(6)
をトンネル効果により突き抜け、ホットエレクトロン状
態で該ベース層(5)を通過し該第1バリア層(4)の
ポテンシャルレベルを越えて、該コレクタ層(3)に到
達させることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10936685A JPS61268063A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10936685A JPS61268063A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS61268063A true JPS61268063A (ja) | 1986-11-27 |
JPH0330996B2 JPH0330996B2 (ja) | 1991-05-01 |
Family
ID=14508412
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP10936685A Granted JPS61268063A (ja) | 1985-05-23 | 1985-05-23 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS61268063A (ja) |
-
1985
- 1985-05-23 JP JP10936685A patent/JPS61268063A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH0330996B2 (ja) | 1991-05-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EXPY | Cancellation because of completion of term |