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Info
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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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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]
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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】
〔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。
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。
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。
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。
、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。
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。
＃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。
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。
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。
／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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
、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。
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。
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。
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。
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。
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
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)
- 【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
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1669986A JPS62176161A (ja) | 1986-01-30 | 1986-01-30 | 共鳴ホットエレクトロントランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1669986A JPS62176161A (ja) | 1986-01-30 | 1986-01-30 | 共鳴ホットエレクトロントランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62176161A true JPS62176161A (ja) | 1987-08-01 |
| JPH0431191B2 JPH0431191B2 (ja) | 1992-05-25 |
Family
ID=11923535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1669986A Granted JPS62176161A (ja) | 1986-01-30 | 1986-01-30 | 共鳴ホットエレクトロントランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62176161A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100498462B1 (ko) * | 2002-11-22 | 2005-07-01 | 삼성전자주식회사 | 댐핑 장치 |
-
1986
- 1986-01-30 JP JP1669986A patent/JPS62176161A/ja active Granted
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6464256A (en) * | 1987-09-02 | 1989-03-10 | Nec Corp | Semiconductor device |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0431191B2 (ja) | 1992-05-25 |
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