JPS62176161A - 共鳴ホットエレクトロントランジスタ - Google Patents

共鳴ホットエレクトロントランジスタ

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JPS62176161A
JPS62176161A JP1669986A JP1669986A JPS62176161A JP S62176161 A JPS62176161 A JP S62176161A JP 1669986 A JP1669986 A JP 1669986A JP 1669986 A JP1669986 A JP 1669986A JP S62176161 A JPS62176161 A JP S62176161A
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JP
Japan
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electrode
layer
collector
emitter
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JP1669986A
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JPH0431191B2 (ja
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Kenichi Imamura
健一 今村
Naoki Yokoyama
直樹 横山
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor 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
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types 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
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/7606Transistor-like structures, e.g. hot electron transistor [HET]; metal base transistor [MBT]

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  • General Physics & Mathematics (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は共鳴ホットエレクトロントランジスタ(Res
onant Hot Electron Transi
stor;以下RHETと略称する)と呼ばれる新しく
開発されつつある半導体装置の改善に関する。
化合物半導体のへテロ接合を用い、新しい動作原理に基
づく半導体装置を実現する研究が最近盛んに行われてい
るが、前記RHETはこの様な新しい機能素子の一つで
あり、次世代のデバイスとしてその実現が期待されてい
る。
〔従来の技術〕
このRHETの1従来例の模式平面図を第3図(alに
、そのX−X断面図を第3図(blに示す。同図におい
て、11は半絶縁性砒化ガリウム(GaAs)基板、1
2は1型GaAsコレクタ層、13は砒化アルミニウム
ガリウム(AIGaAs)バリア層、14はヤ型GaA
sベース層、15は八1GaAs/GaAs/A lG
aAsバリア層、16はn型GaAsエミッタ層、17
はエミッタ電極、18はベース電極、19はコレクタ電
極である。
本従来例の半導体基体のコレクタ層12乃至エミッタ層
16は、例えば下記の如く構成されている。
半導体層  組成   不純物濃度  厚さcm−3面 16 エミッタ  GaAs     6xlO”  
  #40015バリア 15c    ALo、 3Gao、 7Asノンドー
プ 5〜1015b      GaAs    ノン
ドープ 5〜1015a    Alo、 tGao、
 7ASノンドープ 5〜1014 ベース     
 GaAs        5 X 10鳥l′   
 20〜1O013バリア Alo、 zGao、 a
Asノンドープ150〜30012コレクタ  GaA
s     6X10”  300〜500前記従来例
の2つのAlGaAs層15a、 15cとこれに挟ま
れたGaAs層15bの如< 、RHETのエミッター
ベース間のバリアは量子井戸構造を有する。この様な量
子井戸内で電子のエネルギー準位は離散値となり、共鳴
準位と呼ばれる。
このRIIETは下記の様に動作する。先ず第4図(−
〇は、エミッタ16に対して正の電位をコレクタ12に
加え、ベース14には電位を加えずベース電圧VB!−
〇であるときのエネルギー準位を示す。この状態ではエ
ミッタ16からベース14に電子が注入されず、コレク
タ12に電流は流れない。
エミッタ16−ベース14間にベース電圧V8Eを加え
ればエミッタの電子エネルギーが高められるが、これが
第4図(b)に示す如く量子井戸内の電子の共鳴準位E
、と同レベルとなるVn+:’i2E+/Q (Qは電
子の電荷)のときに、共鳴トンネリング効果によって量
子井戸の電子が滲み出してベースに注入され、注入され
た電子は運動エネルギーをもったホットエレクトロンと
なって、ベース中を超高速で通過し、コレクタバリアを
越えてコレクタに到達する。
第4図(C)ニ示す如く、ベース電圧VIIE〉2EI
/Qと太き(すれば、エミッタ側の電子エネルギーが過
大で共鳴トンネリングの条件を満足しなくなり、ベース
14への電子注入量、従ってコレクタ電流が減少する。
第5図は温度77にで測定したRHETのエミッタ接地
コレクタ電流の例を示し、この様にコレクタ電流に共鳴
トンネリング効果による極大値が現れる。
この結果RIIET単位ゲートは、入力電圧の増加に対
して出力が一旦減少して再び増加するという新しい入出
力特性を示し、例えば2人力排他的否定論理和(EXC
LUSIVE−NOR)ゲートを第6図に示す如く1個
のRIIET素子で構成することが可能である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述の如< RIIETのコレクタ電流は、ベース電圧
V++tの成る値VRtS。において極大値を示し、そ
の前後でベース電圧VIIEの僅かな変化によって急激
に変化して極めて大きい電流駆動能力(gm)が得られ
る。
しかしながらこの動作特性を有効に利用するためには、
各RHE T素子内及びRHET素子相互間でこの共鳴
トンネリング効果が均一に現れることが必要である。す
なわちもし1つのRHET素子内で共鳴トンネリング現
象が局部的にばらついて発生するならば期待される急峻
なコレクタ電流の変化が現れず、素子相互間で動作点が
ずれれば回路は動作不可能となる。
しかるに従来のRIIETでは第3図(al、(blに
示す如き構造で、VRlSoの均一性は得られるが、電
流増幅率hFEを大きくする目的からベースN14を極
力薄くするためにその抵抗値が高くなり、ベース電極1
8からの距離による電圧降下が大きくなってベース電圧
VIIEの分布を生ずる。特にh□″−10を得るため
にベース層14を20cm程度とすればこのばらつきが
顕著に現れ、これに対処する手段が必要となる。
〔問題点を解決するための手段〕 前記問題点は、半絶縁性GaAs基板上に、n型GaA
sコレクタ層と、ノンドープのAI。、 zGao、 
sAs第1バリア層と、n型GaAsベース層と、2層
のAt、、 3Gao、 Js層の間にGaAs層を設
けた量子井戸構造でノンドープの第2バリア層と、n型
GaAsエミッタ層とが順次積層成長され、 金ゲルマニウム/金/タングステンシリサイド積層構造
のエミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極が、該コ
レクタ電極を最も外側とする同心円状に配設されてなる
本発明による共鳴ホットエレクトロントランジスタによ
り解決される。
〔作 用] 本発明によるRIIETは、その各電極を同心円状に配
設する。この配置によりベース抵抗の絶対値が同一ベー
ス層厚の従来構造より低減され、かつベース領域の各点
のベース電極からの距離がほぼ均一となって、ベース電
圧VIHの不均一性が解決される。
〔実施例〕
以下本発明を実施例により具体的に説明する。
第1図(a)は本発明の第1の実施例の模式平面図、同
図(blはそのX−X断面図である。
本実施例の半導体基体の構成は前記従来例と同様であり
、これにエミッタ領域を画定し、かつベース電極及びコ
レクタ電極を配設する領域を表出する選択的エツチング
を行っているが、これらの領域は図示の様に同心円状に
パターニングしている。
この画定されたエミッタ層16、ベース層14及びコレ
クタ層12上に、例えば金ゲルマニウム(AuGe)を
20nm程度、金(Au)を1001m程度、タングス
テンシリサイド(WSi)を300nm程度順次積層し
、バターニングを行って、エミッタ電極7、ベース電極
8及びコレクタ電極9を形成する。本実施例では各電極
のパターンを同心円状とし、例えばエミッタ電極7の直
径約2μm、ベース電極8の内径約10μm、外径約1
8μm、コレクタ電極9の内径約26μmとしている。
半導体領域及び電極の上述のパターン形状により、ベー
ス電流経路の幅が拡大され、かつその長さの均一性が従
来例より大幅に改善されている。
更に第2図(a)は本発明の第2の実施例の模式平面図
、同図(blはそのx−X断面図である。
本実施例の半導体基体の構成並びに電極形成方法は前記
実施例と同様で、各電極が同心円状に配置されているが
、本実施例ではエミッタ領域、従ってエミ・7タ電極7
を円環状とし、その中心位置にベース電極8a、外側に
ベース電極8bを設けている。本実施例ではベース電流
の経路長の均一性が前記第1の実施例より更に改善され
ている。
ベース層14の厚さを約20nmとした場合にも、前記
各実施例のコレクタ電流に共鳴トンネリング効果による
極大が顕著に現れ、本発明の効果が確認された。
〔発明の効果〕
以上説明した如く本発明によれば、ベース抵抗の低減と
均一性改善によりRIIET素子内及び素子間のベース
電圧V[lEの均一性が改善されて、電流増幅率が大き
く、かつ顕著な共鳴トンネリング効果を示すR1(ET
回路が実現された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1の実施例を示す模式平面図及び断
面図、 第2図は本発明の第2の実施例を示す模式平面図及び断
面図、 第3図は従来例を示す模式平面図及び断面図、第4図は
RHETの動作原理を示すエネルギー準位図、 第5図はRIIETのコレクタ電流の例を示す図、第6
図はRHETニよるEXCLUSIVE−NORゲート
を示す図である。 図において、 7はエミッタ電極、 8.8a及び8bはベース電極、 9はコレクタ電極、 11は半絶縁性GaAs基板、 12は1型GaAs コレクタ層、 13は八lo、 zGao、 aAsバリア層、14は
nト型GaAs ベース層、 15は量子井戸バリア層、 15a及び15cはAlo、 zGao、 7AS層、
15bはGaAs層、 16はヤ型GaAsエミッタ層を示す。 特許出願人 工業技術院長  等々力 達ぢ1式手面図 第1刀実方巳づ列2示す図 第 1 図 第 2 図 オヌ武平面図 *HE丁、n4Affi+lt;’7412]第3I!
l /?HE丁の*R作2原ヂ里1ケ、すL了ルギ−阜4f
C7JgJ%411!1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】  半絶縁性GaAs基板上に、n型GaAsコレクタ層
    と、ノンドープのAl_0_._2Ga_0_._6A
    s第1バリア層と、n型GaAsベース層と、2層のA
    l_0_._3Ga_0_._7As層の間にGaAs
    層を設けた量子井戸構造でノンドープの第2バリア層と
    、n型GaAsエミッタ層とが順次積層成長され、 金ゲルマニウム/金/タングステンシリサイド積層構造
    のエミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極が、該コ
    レクタ電極を最も外側とする同心円状に配設されてなる
    ことを特徴とする共鳴ホットエレクトロントランジスタ
JP1669986A 1986-01-30 1986-01-30 共鳴ホットエレクトロントランジスタ Granted JPS62176161A (ja)

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JPS6464256A (en) * 1987-09-02 1989-03-10 Nec Corp Semiconductor device
JPH01108770A (ja) * 1987-10-22 1989-04-26 Fujitsu Ltd 共鳴トンネリング半導体装置
WO2000054301A1 (en) * 1999-03-08 2000-09-14 Motorola, Inc. Method of providing uniform emission current

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