JPS62128559A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS62128559A JPS62128559A JP26986785A JP26986785A JPS62128559A JP S62128559 A JPS62128559 A JP S62128559A JP 26986785 A JP26986785 A JP 26986785A JP 26986785 A JP26986785 A JP 26986785A JP S62128559 A JPS62128559 A JP S62128559A
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- 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
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
- H01L29/7376—Resonant tunnelling transistors
-
- H—ELECTRICITY
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- 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
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- H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
- H01L29/201—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
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-
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- 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
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- Junction Field-Effect 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】
〔概要〕
ヘテロ接合の２つの半導体領域内に形成される量子準位
の共鳴効果を利用して２端子負性抵抗動作又はトランジ
スタ動作を行う半導体装置に関する。
の共鳴効果を利用して２端子負性抵抗動作又はトランジ
スタ動作を行う半導体装置に関する。
〔産業上の利用分野］
本発明は、量子準位の共鳴効果を利用したダイオードま
たはトランジスタ等の半導体装置に関する。
たはトランジスタ等の半導体装置に関する。
第６図のエネルギーバンド図に示すように、ヘテロ接合
を形成する２つの半導体の仕事関数が非常に違い、片方
の半導体の価電子帯と他方の半導体の伝導帯とが同じレ
ベルになるヘテロ系の場合、特にドーピングを行わなく
とも電子及び正孔の蓄積層が形成される（文献１（，３
ａｋａｋｉ ＊ｔａｔ、 、 ＡｐｐＬｐｈｙｓ。
を形成する２つの半導体の仕事関数が非常に違い、片方
の半導体の価電子帯と他方の半導体の伝導帯とが同じレ
ベルになるヘテロ系の場合、特にドーピングを行わなく
とも電子及び正孔の蓄積層が形成される（文献１（，３
ａｋａｋｉ ＊ｔａｔ、 、 ＡｐｐＬｐｈｙｓ。
ムｔｔ、、 ３１．２１１ （１９７７）参照）。その
理由は、ヘテロの半導体の電子物理的性質が非常に相違
する場合、各半導体の蓄積層内には、各粒子の波動関数
が接続できないため、ヘテロ接合は導通せず、各々のバ
ンド内に粒子は閉じ込められ、２次元電子ガスとホール
ガスが形成される為である。
理由は、ヘテロの半導体の電子物理的性質が非常に相違
する場合、各半導体の蓄積層内には、各粒子の波動関数
が接続できないため、ヘテロ接合は導通せず、各々のバ
ンド内に粒子は閉じ込められ、２次元電子ガスとホール
ガスが形成される為である。
第６図に上記についてのエネルギーバンドを概略的に示
しており、仕事関数が大きな第１の半導体（例えばＩｎ
Ａｓ ）の伝導帯の端のエネルギーＥＣ１と仕事関数が
小さな第２の半導体（例えばＧａ５ｂ）の価電子帯の端
のエネルギーＥＶ２とはＥＣ１の方が下（を子からみて
エネルギー的に低い）になっており、ドーピングを特に
行わなくても第１の半導体のヘテロ界面に沿って電子の
蓄積層（２ＤＥＧ：紙面に垂直な方向に２次元性を持っ
た２次元電子ガス）が形成され、又これに対応して第２
の半導体のヘテロ界面に正孔の蓄積層（２ＤＨＧ ：紙
面に垂直な２次元正孔ガス）が形成されている。
しており、仕事関数が大きな第１の半導体（例えばＩｎ
Ａｓ ）の伝導帯の端のエネルギーＥＣ１と仕事関数が
小さな第２の半導体（例えばＧａ５ｂ）の価電子帯の端
のエネルギーＥＶ２とはＥＣ１の方が下（を子からみて
エネルギー的に低い）になっており、ドーピングを特に
行わなくても第１の半導体のヘテロ界面に沿って電子の
蓄積層（２ＤＥＧ：紙面に垂直な方向に２次元性を持っ
た２次元電子ガス）が形成され、又これに対応して第２
の半導体のヘテロ界面に正孔の蓄積層（２ＤＨＧ ：紙
面に垂直な２次元正孔ガス）が形成されている。
〔発明が解決しようとする問題点３
以上のような、ヘテロ系は単に論文上で知られているの
みで、半導体素子に対する応用はなされていなかった。
みで、半導体素子に対する応用はなされていなかった。
そこで、本発明者は、上記仕事関数が非常に相違するヘ
テロ系をトランジスタやダイオード等の半導体素子に適
用できないかと種々考察した。
テロ系をトランジスタやダイオード等の半導体素子に適
用できないかと種々考察した。
本発明は、このヘテロ接合系を１つだけ用いて電子及び
正孔の各々の蓄積層へ、オーミックコンタクトを設はダ
イオードとしたとき、２端子負性抵抗ダイオードが提供
され、さらに２つのヘテロ接合を合わせるとトランジス
タ動作を行なわすことができることを見出してなされた
。
正孔の各々の蓄積層へ、オーミックコンタクトを設はダ
イオードとしたとき、２端子負性抵抗ダイオードが提供
され、さらに２つのヘテロ接合を合わせるとトランジス
タ動作を行なわすことができることを見出してなされた
。
特に、本発明は第１の半導体の伝導帯の端（ＥＣ１）が
第２の半導体の価電子帯（ＥＶ２ ）よりもＥｓだけエ
ネルギー的に低い構造を待つヘテロ接合系（例えばＩｎ
Ａｓ／ ＧａＳｂ系）において、第１と第２の半導体領
域内に形成される量子準位の共鳴効果を利用して２端子
負性抵抗動作をさせるか、又は第１の半導体をエミッタ
とコレクタ（ｎ型）、第２の半導体をベース（ｐ型）と
するトランジスタ、（または第１と第２の半導体を入れ
換えて、ｐ／ｎ／ｐトランジスタとする）を構成し、同
様な共鳴効果を利用して、３端子トランジスタ動作を行
わせることを特徴とする半導体装置を提供するものでお
る。
第２の半導体の価電子帯（ＥＶ２ ）よりもＥｓだけエ
ネルギー的に低い構造を待つヘテロ接合系（例えばＩｎ
Ａｓ／ ＧａＳｂ系）において、第１と第２の半導体領
域内に形成される量子準位の共鳴効果を利用して２端子
負性抵抗動作をさせるか、又は第１の半導体をエミッタ
とコレクタ（ｎ型）、第２の半導体をベース（ｐ型）と
するトランジスタ、（または第１と第２の半導体を入れ
換えて、ｐ／ｎ／ｐトランジスタとする）を構成し、同
様な共鳴効果を利用して、３端子トランジスタ動作を行
わせることを特徴とする半導体装置を提供するものでお
る。
２端子動作の場合は、電子及び正孔の各々の蓄積層ヘオ
ーミツクコンタクトを設は外部からノ（イアスすること
で、電子と正孔の量子準位が一致した時に成る遷移確率
にもとすいて電流が流れることによる（後述の第１図で
詳述）。
ーミツクコンタクトを設は外部からノ（イアスすること
で、電子と正孔の量子準位が一致した時に成る遷移確率
にもとすいて電流が流れることによる（後述の第１図で
詳述）。
特性は第２図のような負性抵抗型特性を示す。
電子と正孔の量子準位が一致したバイアス状態（Ｖｌ、
ｖ２）において電流が流れる。同様に、各蓄積層へ、通
常のトランジスタと同様にオーミック電極ヲ設ケ、カつ
エミッターベース、ベース−コレクタ間に電位を加える
ことで、エミッタ側の電子準位（ｇｌ 、 １２・・・
）がベース中のホール準位（Ｈｌ。
ｖ２）において電流が流れる。同様に、各蓄積層へ、通
常のトランジスタと同様にオーミック電極ヲ設ケ、カつ
エミッターベース、ベース−コレクタ間に電位を加える
ことで、エミッタ側の電子準位（ｇｌ 、 １２・・・
）がベース中のホール準位（Ｈｌ。
Ｈ２・・・）と一致したとき（共鳴）に、電子がペース
中に注入される。さらにベース・コレクタの準位を一致
させることで３端子動作を行なわせることができる（後
述の第３図で詳述）。
中に注入される。さらにベース・コレクタの準位を一致
させることで３端子動作を行なわせることができる（後
述の第３図で詳述）。
第１図に本発明の実施例のダイオードのエネルギーバン
ド図を表しである。電子及び正孔の各にの蓄積層２ＤＥ
Ｇ及び２ＤＨＧへ、オーミックコンタクト（このとき、
ＩｎＡ１．ＧａＳｂを非ドープとしても良いし、或いは
図のようにＩ ｎＡｇをｎ型、Ｇａ５ｂをｐ型にドープ
してもよい）を設けている。そして、第１図のように仕
事関数が小さな第２の半導体ＧａＳｂ側が正、仕事関数
が大きな第１の半導体ＩｎＡｓ側が負になるように外部
電源Ｖａａでバイアスすれば、適当なバイアスのとき、
電子と正孔の量子準位が一致した時（電圧Ｖ１．及びｖ
２を印加したとき）に成る遷移確率にもとすいて電流が
流れる。
ド図を表しである。電子及び正孔の各にの蓄積層２ＤＥ
Ｇ及び２ＤＨＧへ、オーミックコンタクト（このとき、
ＩｎＡ１．ＧａＳｂを非ドープとしても良いし、或いは
図のようにＩ ｎＡｇをｎ型、Ｇａ５ｂをｐ型にドープ
してもよい）を設けている。そして、第１図のように仕
事関数が小さな第２の半導体ＧａＳｂ側が正、仕事関数
が大きな第１の半導体ＩｎＡｓ側が負になるように外部
電源Ｖａａでバイアスすれば、適当なバイアスのとき、
電子と正孔の量子準位が一致した時（電圧Ｖ１．及びｖ
２を印加したとき）に成る遷移確率にもとすいて電流が
流れる。
特性は第２図のような負性抵抗型特性を示す。
次に、第３図にトランジスタの実施例を示す。
この場合はＩｎＡｓ／Ｇａ３ｂのヘテロ接合を２−り用
いており、ｎ型のＩｎＡｓ１をエミッタ、ｐ型のＧａＳ
ｂ２をベース、ｎ型のＩｎＡｓ３をコレクタに用いてい
る。
いており、ｎ型のＩｎＡｓ１をエミッタ、ｐ型のＧａＳ
ｂ２をベース、ｎ型のＩｎＡｓ３をコレクタに用いてい
る。
そして、各蓄積層へ、通常のトランジスタと同様にオー
ミック電極を設け、かつエミッタ−ベーフ８間に図示の
ようにバイアス電圧ＶＢ１を加えることで、エミッタＥ
側の電子準位（Ｅｌ、Ｅ２・・・）がベースＢ中のホー
ル準位（Ｈｌ、Ｈ２・・・）と一致したとき（共鳴）に
、電子がベースＢ中に注入される。
ミック電極を設け、かつエミッタ−ベーフ８間に図示の
ようにバイアス電圧ＶＢ１を加えることで、エミッタＥ
側の電子準位（Ｅｌ、Ｅ２・・・）がベースＢ中のホー
ル準位（Ｈｌ、Ｈ２・・・）と一致したとき（共鳴）に
、電子がベースＢ中に注入される。
さらに第２のバイアス電源ＶＢ２でベース−コレクタの
準位を一致させることで５端子動作を行える。
準位を一致させることで５端子動作を行える。
即ち、第３図のエネルギーバンド図の状態ではエミッタ
Ｅ側の電子準位（Ｅｌ、Ｅ２・・・）がベースＢ中のホ
ール準位（Ｈｌ、Ｈ２・・・）と一致せず、トランジス
タは遮断されている。しかし、ベースに対して、エミッ
タ、コレクタを共に負にバイアスし、それにより、エミ
ッタ及びコレクタ側の電子準位が上がり、それぞれベー
スＢ中のホール準位と一致したとき（共鳴）トランジス
タが導通し、電流が流れる。
Ｅ側の電子準位（Ｅｌ、Ｅ２・・・）がベースＢ中のホ
ール準位（Ｈｌ、Ｈ２・・・）と一致せず、トランジス
タは遮断されている。しかし、ベースに対して、エミッ
タ、コレクタを共に負にバイアスし、それにより、エミ
ッタ及びコレクタ側の電子準位が上がり、それぞれベー
スＢ中のホール準位と一致したとき（共鳴）トランジス
タが導通し、電流が流れる。
第４図に第３図の実施例のトランジスタの断面構造を示
している。第４図において、第３図と符号を統一してあ
）、１はエミッタのｎ−ＩｎＡ畠、２はベースのｐ−Ｇ
ａＳｂ、３はコレクタのｎ −ＩｎＡａであシ、４はエ
ミッタ電極、５はベース電極、６はコレクタ電極である
。そして、エミッターベース接合、及びベース−コレク
タ接合に２次元電子ガス２Ｄｌｉ：Ｇ及び２次元正孔ガ
ス２ ＤＨＧがそれぞれ生じている。
している。第４図において、第３図と符号を統一してあ
）、１はエミッタのｎ−ＩｎＡ畠、２はベースのｐ−Ｇ
ａＳｂ、３はコレクタのｎ −ＩｎＡａであシ、４はエ
ミッタ電極、５はベース電極、６はコレクタ電極である
。そして、エミッターベース接合、及びベース−コレク
タ接合に２次元電子ガス２Ｄｌｉ：Ｇ及び２次元正孔ガ
ス２ ＤＨＧがそれぞれ生じている。
次に、第５図に池の実施例を示しており、先に示したダ
イオード、或いはトランジスタにおいて、図（ダイオー
ドを例示）のようにｎ型ＩｎＡ＋ｓとｐ型ＧａＳｂの間
にＡｔ５ｂ（１層：トンネル可）を介在して耐圧を上げ
ることができる。（ポリタイプヘテロ接合という。） 以上の各実施例における素子構造の特徴として、次の２
点をあげることができる。
イオード、或いはトランジスタにおいて、図（ダイオー
ドを例示）のようにｎ型ＩｎＡ＋ｓとｐ型ＧａＳｂの間
にＡｔ５ｂ（１層：トンネル可）を介在して耐圧を上げ
ることができる。（ポリタイプヘテロ接合という。） 以上の各実施例における素子構造の特徴として、次の２
点をあげることができる。
■ｎ及びｐのドーピングを特に行わなくとも整流性のあ
る２端子動作が得られる。
る２端子動作が得られる。
■共鳴レベルは、ドーピング及び（又は） ＧａＡｓ等
を加えた混晶比を変えることで可変できる。例えば、（
ＩｎＧａ）Ａｓ／ （ＧａＡｓ）Ｓｂ のヘテロ接合
の混晶比を可変することで共鳴レベルを可変できる。
を加えた混晶比を変えることで可変できる。例えば、（
ＩｎＧａ）Ａｓ／ （ＧａＡｓ）Ｓｂ のヘテロ接合
の混晶比を可変することで共鳴レベルを可変できる。
以上、実施例を示したが、本発明はこれに限らず、種々
変形可能であり、ヘテロ接合を形成する２つの半導体の
仕事関数が非常に相違し、片方の半導体の価電子帯と他
方の半導体の伝導帯とが同じレベルになるヘテロ系に共
通に適用できるものである。
変形可能であり、ヘテロ接合を形成する２つの半導体の
仕事関数が非常に相違し、片方の半導体の価電子帯と他
方の半導体の伝導帯とが同じレベルになるヘテロ系に共
通に適用できるものである。
以上のように、本発明によれば仕事関数が非常に相違し
、片方の半導体の価電子帯と他方の半導体の伝導帯とが
同じレベルになるヘテロ系を用いたトランジスタまたは
ダイオード等の半導体装置を提供でき、各半導体のドー
ピングを特に行わない場合でも整流性のある２端子動作
が得られるという特長がある。またダイオードやトラン
ジスタの特性を決定する共鳴レベルは、各半導体層のド
ーピング及び（又は） ＧａＡｓ等を加えた混晶比を変
えることで可変できるという特徴がおる。
、片方の半導体の価電子帯と他方の半導体の伝導帯とが
同じレベルになるヘテロ系を用いたトランジスタまたは
ダイオード等の半導体装置を提供でき、各半導体のドー
ピングを特に行わない場合でも整流性のある２端子動作
が得られるという特長がある。またダイオードやトラン
ジスタの特性を決定する共鳴レベルは、各半導体層のド
ーピング及び（又は） ＧａＡｓ等を加えた混晶比を変
えることで可変できるという特徴がおる。
第１図は本発明の第１の実施例のエネルギーバンド図、
第２図は第１図の半導体素子の特性図、第３図は本発明
の第２の実施例のエネルギーバンド図、 第４図は第２の実施例の素子の要部断面図、第５図は本
発明の第３の実施例のエネルギーバンド図、 第６図は仕事関数が非常に相違し、片方の半導体の価電
子帯と他方の半導体の伝導帯とが同じレベルになるヘテ
ロ系のエネルギーバンド図である。 １はエミッタ ２はベース ３はコレクタ ４はエミッタ電極 ５はベース電極 ６はコレクタ電極
の第２の実施例のエネルギーバンド図、 第４図は第２の実施例の素子の要部断面図、第５図は本
発明の第３の実施例のエネルギーバンド図、 第６図は仕事関数が非常に相違し、片方の半導体の価電
子帯と他方の半導体の伝導帯とが同じレベルになるヘテ
ロ系のエネルギーバンド図である。 １はエミッタ ２はベース ３はコレクタ ４はエミッタ電極 ５はベース電極 ６はコレクタ電極
Claims (1)
- 少なくとも１つのヘテロ接合を有し、該ヘテロ接合を形
成する２つの半導体の仕事関数の相違により、仕事関数
が小さな方の半導体の価電子帯の端が仕事関数が大きな
方の半導体の伝導帯の端よりエネルギー的に高いレベル
になつており、該ヘテロ系の両半導体層のヘテロ界面に
それぞれ電子蓄積層、及び正孔蓄積層が形成され、該電
子蓄積層及び正孔蓄積層にそれぞれ電気的接続を有する
ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26986785A JPS62128559A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26986785A JPS62128559A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62128559A true JPS62128559A (ja) | 1987-06-10 |
Family
ID=17478311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26986785A Pending JPS62128559A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62128559A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5021863A (en) * | 1988-09-12 | 1991-06-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor quantum effect device having negative differential resistance characteristics |
| JP2003518326A (ja) * | 1999-11-17 | 2003-06-03 | エイチアールエル ラボラトリーズ，エルエルシー | タイプｉｉインターバンド異質構造体後方ダイオード |
| JP2007134608A (ja) * | 2005-11-14 | 2007-05-31 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | リサーフ構造を用いた窒化物半導体ヘテロ接合トランジスタ |
| JP2010251689A (ja) * | 2009-03-27 | 2010-11-04 | Fujitsu Ltd | 半導体素子 |
| JP2013033830A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| JP2017168518A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 富士通株式会社 | 半導体装置及び半導体回路 |
-
1985
- 1985-11-29 JP JP26986785A patent/JPS62128559A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5021863A (en) * | 1988-09-12 | 1991-06-04 | Fujitsu Limited | Semiconductor quantum effect device having negative differential resistance characteristics |
| JP2003518326A (ja) * | 1999-11-17 | 2003-06-03 | エイチアールエル ラボラトリーズ，エルエルシー | タイプｉｉインターバンド異質構造体後方ダイオード |
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| JP2013033830A (ja) * | 2011-08-01 | 2013-02-14 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| US9318562B2 (en) | 2011-08-01 | 2016-04-19 | Fujitsu Limited | Semiconductor apparatus with band energy alignments |
| JP2017168518A (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 富士通株式会社 | 半導体装置及び半導体回路 |
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