JPS62128562A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS62128562A JPS62128562A JP26986685A JP26986685A JPS62128562A JP S62128562 A JPS62128562 A JP S62128562A JP 26986685 A JP26986685 A JP 26986685A JP 26986685 A JP26986685 A JP 26986685A JP S62128562 A JPS62128562 A JP S62128562A
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- Pending
Links
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- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 claims 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 abstract description 4
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- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000004047 hole gas Substances 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
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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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
- H01L29/151—Compositional structures
- H01L29/152—Compositional structures with quantum effects only in vertical direction, i.e. layered structures with quantum effects solely resulting from vertical potential variation
- H01L29/155—Comprising only semiconductor materials
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
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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〕
バイポーラトランジスタのベース領域に超格子構造を形
成し、それにより形成されるミニバンドである。
成し、それにより形成されるミニバンドである。
〔産業上の利用分野）
本発明は、バイポーラ型の半導体装置であり、特に、超
格子構造を利用したトランジスタの構造に関する。
格子構造を利用したトランジスタの構造に関する。
従来、超格子構造を形成したときに、超格子の周期（Ｔ
）とそのエネルギーバリア（Ｕ）により超格子構造によ
るミニバンドに許容帯が形成されることが知られている
。第５図に超格子構造のエネルギーバンド図を示してお
り、伝導帯の底ＥＣと価電子帯の上端Ｅ、が示されてお
り、超格子により生じる電子の許容帯（ミニバント）を
Ｅｌ。
）とそのエネルギーバリア（Ｕ）により超格子構造によ
るミニバンドに許容帯が形成されることが知られている
。第５図に超格子構造のエネルギーバンド図を示してお
り、伝導帯の底ＥＣと価電子帯の上端Ｅ、が示されてお
り、超格子により生じる電子の許容帯（ミニバント）を
Ｅｌ。
Ｅ２と詣示している。一方、この超格子構造では２ＤＨ
Ｇとｔｈ示する２次元ポールガスが形成されている。
Ｇとｔｈ示する２次元ポールガスが形成されている。
本発明は、上記超格子構造を利用した新たな動作原理に
よるトランジスタを提供しようとするものである。
よるトランジスタを提供しようとするものである。
本発明は、バイポーラ型トランジスタにおいて、ベース
領域に超格子構造を設け、ごれにより形成されるミニバ
ンドの許容帯を利用してエミッタから注入されるキャリ
ア（電子または正孔）の流量をコントロールすることを
特徴としている。
領域に超格子構造を設け、ごれにより形成されるミニバ
ンドの許容帯を利用してエミッタから注入されるキャリ
ア（電子または正孔）の流量をコントロールすることを
特徴としている。
エミッタ・コレツク間に流れる電子電流を制御するベー
ス構造として、第１図の実施例を採って説明すると、第
１図においてトランジスタのベースに超格子構造を設け
（例えば、ＡＩｊＣＧ（１１−ｊｃＡｓ ／ＧａＡｓ超
格子）、かつそのＧａＡｓ領域にのみ（又は、一様ドー
プ）ｐ型のドーパントを導入し、低抵抗のベースとしで
いる。ここで、超格子の周期（Ｔ）とエネルギーバリア
（Ｕ）は超格子内にミニバンドの許容帯が少なくとも一
つ形成できるような条件とする。
ス構造として、第１図の実施例を採って説明すると、第
１図においてトランジスタのベースに超格子構造を設け
（例えば、ＡＩｊＣＧ（１１−ｊｃＡｓ ／ＧａＡｓ超
格子）、かつそのＧａＡｓ領域にのみ（又は、一様ドー
プ）ｐ型のドーパントを導入し、低抵抗のベースとしで
いる。ここで、超格子の周期（Ｔ）とエネルギーバリア
（Ｕ）は超格子内にミニバンドの許容帯が少なくとも一
つ形成できるような条件とする。
ごのベース構造により、エミッタＥ側から注入される電
子はミニハント’Ｅ１．Ｅ２・・・の許容帯のエネルギ
ー幅に一致する電子群のみがベースＢを通過し、コレク
タに達することができるため、電３図の負性抵抗を持つ
３端子バイポーラトランジスタ特性が得られる。
子はミニハント’Ｅ１．Ｅ２・・・の許容帯のエネルギ
ー幅に一致する電子群のみがベースＢを通過し、コレク
タに達することができるため、電３図の負性抵抗を持つ
３端子バイポーラトランジスタ特性が得られる。
この構造の特徴として、次の点をあげることかできる。
■ ３端子負性抵抗型の特性で１個以上の負性抵抗領域
が生じる。
が生じる。
■ ベース幅を薄くすることにより、超格子による２次
元ホールガスの形成ができ、ベース抵抗が低減出来る。
元ホールガスの形成ができ、ベース抵抗が低減出来る。
■ ミニバンドの許容帯のエネルギー幅が大きいため、
共鳴トンネリング構造などと比ベヘースを通過するキャ
リアが多くなり、コレクタ電流が大となる（スイッチン
グ駆動の電流容量が大である。）。
共鳴トンネリング構造などと比ベヘースを通過するキャ
リアが多くなり、コレクタ電流が大となる（スイッチン
グ駆動の電流容量が大である。）。
■ 負性抵抗の位置と大きさは超格子の周期とバリアの
高さにより自由に調整できる。
高さにより自由に調整できる。
ここで、第４図のように超格子のエネルギーバンド構造
でハンドギャップが小さな半導体層の幅をａ、ハンドギ
ャップが大なる半導体層の幅をｂとし、両者のエネルギ
ーギャップをＵとする。そして、この超格子のミニバン
ドの許容帯のエネルギー間隔（中心から中心迄）をＥＭ
、両許容帯の間の禁止帯の幅（エネルギーギャップ）を
特徴とする特許容帯とエネルギーギャップは次式で与え
られる。
でハンドギャップが小さな半導体層の幅をａ、ハンドギ
ャップが大なる半導体層の幅をｂとし、両者のエネルギ
ーギャップをＵとする。そして、この超格子のミニバン
ドの許容帯のエネルギー間隔（中心から中心迄）をＥＭ
、両許容帯の間の禁止帯の幅（エネルギーギャップ）を
特徴とする特許容帯とエネルギーギャップは次式で与え
られる。
第１図の本発明の実施例について、詳細に説明する。第
１図において、Ｅと指示するエミッタはＡｌ ｙ Ｇｆ
Ｚ＋ −ｙ Ａｓ （Ｑ、 １Ｓ ｙ≦１）からなり、
ｎ型の不純物（そのレベルをｅｄと指示している。）を
導入している。Ｂと指示するベースは前記のようにＡｌ
、Ｇａ、−、ｒ：Ａｓｒ （Ｑ、ｉ ＜、ｚ≦１）とＧ
ａＡｓとが周期的に設けられた超格子構造になっている
。この超格子構造は一様にｐ型にドープするか、或いは
そのＧａＡｓ領域のみにｐ型の不純物（そのレベルをｅ
ａと指示している。）を導入する。その結果、ベースＢ
には超格子のミニバンドに電子の許容帯Ｅ１．Ｅ２ ・
・・が生じており、また、図示のように２次元のホール
ガス２ＤＨＧが生じている。Ｃと指示するコレクタはＧ
ａＡｓ−からなり、ｎ型不純物が導入されその準位をｅ
ｄと指示している。
１図において、Ｅと指示するエミッタはＡｌ ｙ Ｇｆ
Ｚ＋ −ｙ Ａｓ （Ｑ、 １Ｓ ｙ≦１）からなり、
ｎ型の不純物（そのレベルをｅｄと指示している。）を
導入している。Ｂと指示するベースは前記のようにＡｌ
、Ｇａ、−、ｒ：Ａｓｒ （Ｑ、ｉ ＜、ｚ≦１）とＧ
ａＡｓとが周期的に設けられた超格子構造になっている
。この超格子構造は一様にｐ型にドープするか、或いは
そのＧａＡｓ領域のみにｐ型の不純物（そのレベルをｅ
ａと指示している。）を導入する。その結果、ベースＢ
には超格子のミニバンドに電子の許容帯Ｅ１．Ｅ２ ・
・・が生じており、また、図示のように２次元のホール
ガス２ＤＨＧが生じている。Ｃと指示するコレクタはＧ
ａＡｓ−からなり、ｎ型不純物が導入されその準位をｅ
ｄと指示している。
第１図において、エミッタ側の電子のエネルギー分布を
Ｅ５のハツチングで示しており、この状態ではエミッタ
の電子のエネルギーは超格子のミニバンドの許容帯のエ
ネルギー幅と一致しないので電子はベースを通過するこ
とができない。しかし、外部から適当なバイアスを印加
して、エミッタから超格子の許容帯の幅に一致したエネ
ルギーの電子が注入されるようにすれ番ま゛電子はベー
スを通過してコレクタに達することができる。
Ｅ５のハツチングで示しており、この状態ではエミッタ
の電子のエネルギーは超格子のミニバンドの許容帯のエ
ネルギー幅と一致しないので電子はベースを通過するこ
とができない。しかし、外部から適当なバイアスを印加
して、エミッタから超格子の許容帯の幅に一致したエネ
ルギーの電子が注入されるようにすれ番ま゛電子はベー
スを通過してコレクタに達することができる。
第２図に実施例の半導体装置の要部断面構造を示してい
る。第２図において、１はエミツタ層で子構造を形成す
る半導体層で、２がＧａＡ ｒ層、２゜がＡＪｌｘＧａ
１−１４３層である。ベースのコンタクトをとるため
に、コンタクト形成部に９層５が形成されており、その
上にベース電極７が形成されている３はコレクタ層でｎ
型のＧａＡ」層であり、このコレクタ層の周囲は非ドー
プのＧαＡ９層４ （ｉ−ＧａＡｓ ：半絶縁性）と
なっている。８がコレクタのオーミンク電極である。
る。第２図において、１はエミツタ層で子構造を形成す
る半導体層で、２がＧａＡ ｒ層、２゜がＡＪｌｘＧａ
１−１４３層である。ベースのコンタクトをとるため
に、コンタクト形成部に９層５が形成されており、その
上にベース電極７が形成されている３はコレクタ層でｎ
型のＧａＡ」層であり、このコレクタ層の周囲は非ドー
プのＧαＡ９層４ （ｉ−ＧａＡｓ ：半絶縁性）と
なっている。８がコレクタのオーミンク電極である。
第３図に実施例の特性図を示してあり、縦軸にコレクタ
／エミッタ間の電流ＩＣＥを示し、横軸にベース／エミ
ッタ間の電圧を示している。ベース電位を外部バイアス
により制御してエミ・ツタから注入される電子のエネル
ギーを変化したとき、注入電子のエネルギーが超格子の
ミニバンドの許容帯のエネルギーの幅に一致する電子群
のみがベースを通過してコレクタに流れる。電流電圧特
性は許容帯（Ｅ＋、Ｅ２ ・・・）の数に対応して、第
３図のように負性抵抗を持っ３端子バイポーラトランジ
スタ特性が得られる。
／エミッタ間の電流ＩＣＥを示し、横軸にベース／エミ
ッタ間の電圧を示している。ベース電位を外部バイアス
により制御してエミ・ツタから注入される電子のエネル
ギーを変化したとき、注入電子のエネルギーが超格子の
ミニバンドの許容帯のエネルギーの幅に一致する電子群
のみがベースを通過してコレクタに流れる。電流電圧特
性は許容帯（Ｅ＋、Ｅ２ ・・・）の数に対応して、第
３図のように負性抵抗を持っ３端子バイポーラトランジ
スタ特性が得られる。
以上、本発明について実施例を示したが、これに限らず
種々変更が可能なことは勿論であり、Ａｌ簿／償〃系以
外にも他の多くの超格子構造を提供する半導体系に適用
できる。また、実施例では０ エミッタ、コレクタを
ｎ型としベースをｐ型にドープしたが、これを逆にして
エミッタ、コレクタをｐ型にドープし、ベースをｎ型に
ドープすることにより、エミッタから注入されるキャリ
アを屯−ルにすることもできる。
種々変更が可能なことは勿論であり、Ａｌ簿／償〃系以
外にも他の多くの超格子構造を提供する半導体系に適用
できる。また、実施例では０ エミッタ、コレクタを
ｎ型としベースをｐ型にドープしたが、これを逆にして
エミッタ、コレクタをｐ型にドープし、ベースをｎ型に
ドープすることにより、エミッタから注入されるキャリ
アを屯−ルにすることもできる。
以上のように、本発明によれば次の効果がえら抗頭域を
持つ電流電圧特性が得られる。
持つ電流電圧特性が得られる。
■ ベース幅を薄くすることにより、超格子にょる２次
元ホールガスの形成ができ、ベース抵抗が低減出来る利
点が生じる。
元ホールガスの形成ができ、ベース抵抗が低減出来る利
点が生じる。
■ ミニバンドの許容帯のエネルギー幅が大きいため、
ベースを通過するキャリアが多くなり、コレクタ電流が
大となり、スイッチング駆動の電流容量を大きく出来る
。
ベースを通過するキャリアが多くなり、コレクタ電流が
大となり、スイッチング駆動の電流容量を大きく出来る
。
第１図は本発明の半導体装置の実施例のエネルギーバン
ド図、第２図は実施例の半導体装置の要部断面図、第３
図は実施例の半導体装置の特性図、第４図（Ａ）（Ｂ）
は超格子構造の説明図、第５図は超格子構造とミニバン
ドを示す図である。 １・・・エミッタ＝ｎ型ＡｉｙＧａ１−ｙＡｓ２．２′
・・・ベースの超格子ｆｉ造を形成する半導体層のＧα
” ＋ Ａｌｘ Ｇａ１−ｚＡｓ３・・・コレクタのｎ
型ＧａＡｓ ４・・・１−ＧａＡｓ ５・・・ベースのコンタクト用のｐ型半導体層６・・・
エミッタ電極 ７・・・ベース電極 ８・・・コレクタ電極 特許出願人 富 士 通 株式会社代理人 弁理士
玉 蟲 久 五 部 （外１名） Ｃ （ｎ） 実施例のエネルキーバンド図 実施例の要部断面図 第２図 実施例の特性図 第 ３ 図 超格子構造の説明図 第 ４ 図
ド図、第２図は実施例の半導体装置の要部断面図、第３
図は実施例の半導体装置の特性図、第４図（Ａ）（Ｂ）
は超格子構造の説明図、第５図は超格子構造とミニバン
ドを示す図である。 １・・・エミッタ＝ｎ型ＡｉｙＧａ１−ｙＡｓ２．２′
・・・ベースの超格子ｆｉ造を形成する半導体層のＧα
” ＋ Ａｌｘ Ｇａ１−ｚＡｓ３・・・コレクタのｎ
型ＧａＡｓ ４・・・１−ＧａＡｓ ５・・・ベースのコンタクト用のｐ型半導体層６・・・
エミッタ電極 ７・・・ベース電極 ８・・・コレクタ電極 特許出願人 富 士 通 株式会社代理人 弁理士
玉 蟲 久 五 部 （外１名） Ｃ （ｎ） 実施例のエネルキーバンド図 実施例の要部断面図 第２図 実施例の特性図 第 ３ 図 超格子構造の説明図 第 ４ 図
Claims (1)
- バイポーラ型半導体装置において、ベース領域に超格子
構造を有し、該超格子のミニバンドの許容帯のエネルギ
ー幅に対して、エミッタから注入されるキャリアのポテ
ンシャルエネルギーを制御し、エミッタから注入される
キャリア（電子または正孔）の流量をコントロールする
ことを特徴とするバイポーラ型半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26986685A JPS62128562A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26986685A JPS62128562A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62128562A true JPS62128562A (ja) | 1987-06-10 |
Family
ID=17478298
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26986685A Pending JPS62128562A (ja) | 1985-11-29 | 1985-11-29 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62128562A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0268512A2 (en) * | 1986-10-22 | 1988-05-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor device utilizing the resonant-tunneling effect |
| US5132981A (en) * | 1989-05-31 | 1992-07-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device |
| EP0510557A2 (en) * | 1991-04-22 | 1992-10-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Resonant tunneling transistor |
-
1985
- 1985-11-29 JP JP26986685A patent/JPS62128562A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0268512A2 (en) * | 1986-10-22 | 1988-05-25 | Fujitsu Limited | Semiconductor device utilizing the resonant-tunneling effect |
| US5132981A (en) * | 1989-05-31 | 1992-07-21 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor optical device |
| EP0510557A2 (en) * | 1991-04-22 | 1992-10-28 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Resonant tunneling transistor |
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