JPS62224969A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS62224969A
JPS62224969A JP61069634A JP6963486A JPS62224969A JP S62224969 A JPS62224969 A JP S62224969A JP 61069634 A JP61069634 A JP 61069634A JP 6963486 A JP6963486 A JP 6963486A JP S62224969 A JPS62224969 A JP S62224969A
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semiconductor region
region
semiconductor
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inversion layer
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Yutaka Hayashi
豊 林
Kazuhiko Matsumoto
和彦 松本
Noburo Hashizume
橋爪 信郎
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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
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/73Bipolar junction transistors
    • H01L29/737Hetero-junction transistors
    • H01L29/7371Vertical transistors
    • H01L29/7373Vertical transistors having a two-dimensional base, e.g. modulation-doped base, inversion layer base, delta-doped base

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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、改善された特性を有する半導体装置に関す
る。特に、半導体表面に誘起された空乏ないしは反転層
をベースとするトランジスタに関する。
〔従来技術〕
従来、反転層をベースとするトランジスタは、たとえば
、第45回応用物理学会学術講演会講演番号14p−A
−3に発表されているが、第1図に示すように、第1の
半導体領域1oの表面にトンネル可能な程薄い絶縁膜2
0を設け、更に金属電極30を設けた構造において、金
属電極30にバイアスを印加しで生ずる反転層をベース
とし、この反転層の電位を制御するだめにベースコンタ
クト領域4oを設けたものでか、エミッタからのキャリ
アのベース領域への注入は5iChでのキャリアのFo
wler−Nordheirnトンネルを用いているの
で、動作電流密度が小さく、しかも経時変化を生じ易か
った。電流密度が小さいことは高集積のLSIにおける
単位ゲート、セル等には有効であるが、負荷容量の大き
い負荷を高速に充放電することができなかった。
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたも
ので、エミッタからのキャリアの注入機構として禁制帯
内を輸送するトンネルでなく、伝導帯ないしは価電子帯
を通してキャリアを輸送する機構をとることを特徴とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕 この機構は、以下の材料的、電子的組合わせによって実
現される。すなわち、Mlの等定形の第1の半導体領域
と、該第1の半導体領域と接し、第1の半導体の少数ギ
ヤリアに対して障壁を形成する第2の半導体領域と、該
第2の半導体領域と接する導電領域と、第1の半導体領
域と第2の半導体領域との界面に動作状態で形成される
空乏ないし反転層とからなり、上記導電領域から第2の
半導体領域の伝導帯ないしは価電子帯を通してキャリア
が輸送され、前記反転層を通過して第1の半導体領域に
到達することにより、前記導電領域をエミッタ、前記空
乏ないし反転層をベース、前記第1の半導体領域をコレ
クタとして動作する半導体装置。
〔作 用〕
本発明の動作を実現するためには、導電領域から有意の
数のキャリアが第2の半導体領域の伝導帯、価電子帯に
励起される必要がある。このためには、導電領域のフェ
ルミレベルと第2の半導体領域の伝導帯又は価電子帯の
半導体領域によって形成される少数キャリアに対するエ
ネルギバリアの高さΔEBは、ΔEiよシ大きいことが
注入効率を0.5以上(エミッタ接地の電流増幅率を1
以上)とするためには不可欠である。さて、このような
条件を満す材料関係で構成された、本発明の一実施例の
バンドダイアグラムを第2図に示す。図では、第1の半
導体領域10けル形半導体、導電領域3+ (d、+半
導体、第2の半導体領域21は、それ自体ではキャリア
濃度は小さく、がっ、第1の半導体領域より広いエネル
ギーギャップを有する半導体として示されている。実線
はフラントバンド状態でのエネルギバンド図を示し、点
線は導電領域31を第1の半導体領域に対して更に負に
バイアスして、導電領域31から電子が第2の半導体領
域21の伝導帯を通して第1の半導体領域]0へ注入さ
れているエネルギバンド図を示す。図においてEoは伝
導帯、EVは価電子帯、Epa+ 、Epp+は第1の
半導体領域10の電子および正孔のフェルミレベル、E
pn3、Epn’sは各バイアス状態での導電領域3゜
1/)7エルミレヘルを示す。このバイアス状態では、
第1の半導体領域10の第2の半導体との界面に空乏な
いしは反転層13が形成されている。この空乏ないしは
反転層の電位を制御することによって、第1の半導体領
域へ注入される電子の数を制御することができる。この
制御を行うためには、元を$1の半導体まで照射して少
数キャリアを発生させ、前記空乏ないしは反転層に蓄積
して少数キャリアの擬フエルミレベルEP7)lを多数
キャリアのフェルミレベルEF副と分離させることによ
シ、同一の第1の半導体領域・導電領域間のバイアス(
Epat −EFB’3 )に対してもよシ多くの電子
注入を行わせることができる。このため、本発明の半導
体装置はホトダイオード又はホトトランジスタとしても
動作する。更に、この空乏ないし反転層13と少数キャ
リアの到達距離以内、又は第2の空乏ないし反転層を介
して等空乏ないし反転層13と電気接続可能な様態導体
領域と導電領域との間に流れる電流を制御することがで
きる。
導電領域31からの第1の半導体領域へのキャリア注入
を効率良くするために、第2の半導体領域21のエネル
ギバンドプロフィールを更に工夫することができる。こ
れは、キャリアが輸送される伝導帯ないしは価電子帯が
第1の半導体領域近傍では第1の半導体領域に対してエ
ネルギバリアを形成するが、導電領域近傍では多数キャ
リア(注入キャリア)に対するエネルギバリアが前記バ
リアよシ小さい。たとえば、数KT以内か或いはエネル
ギバリアが形成されないバンドプロフィールとなるよう
に、第2の半導体領域21を設計することにより実現す
ることができる。第3図はこのための一例を示し、同一
番号、同一記号は第2図と同様な機能を果たすものとす
る。
同図においてフラットバンド状態では、注入キャリアで
ある電子は導電領域から第2の半導体領域へかなシの深
さまで到達できるが、このバイアス状態では末だ第1の
半導体と第2の半導体の界面にあるエネルギバリアを越
えるキャリアの数は少ない。点線のエネルギバンドダイ
アグラムで示すように、第2の半導体領域の伝導帯かは
ff水平に近くなるまでにバイアスを増加すると、導電
領域からのキャリアは阻止されることなく、第1の半導
体領域へ注入される。このような第2の半導体領域のバ
ンドプロフィールによシ大きな電流を流すことができ、
従って、相互コンダクタンス−〇大きい高速デバイスを
得ることができる。勿論、第3図の場合も前述のコンタ
クト領域を設けることにより、第1の半導体領域と導電
領域との間に流れる電流を、このコンタクト領域と導電
領域との間にバイアスを印加して制御することができる
。第3図に示すような領域21を製造するためには、三
元系ないしは四元系化合物半導体の元素の比率を変化し
ながら薄膜成長を行う製造技術を用いることができる。
以上の説明では導電領域は高キヤリア濃度半導体を用い
て来たが、金属等の低抵抗層を用いることもできる。
〔実施例〕
第4図はGa1U系の結晶材刺を用いて、本発明の第1
の実施例を試作した場合の断面構造を示す。月は第1の
半導体領域で、】1は高電子濃度のが子基板を示し、そ
の表面に低キヤリア濃度のGaA、r層11eLが成長
されている。21は第2の半導体領域としてのAtAz
層で、意図的にはドーピングしていない。すなわち、低
キヤリア濃度のワイドギャップ半導体層である。
31は高電子濃度のn”GcLAz層を示し、導電領域
として使用されている。12は領域31とセルファライ
ン状態で形成されたコンタクト領域で曵の選択イオン注
入により、p影領域として形成されている。このため、
第1の半導体領域用との整流性は良好である。導電領域
3Iとセルファライン状態で形成されているために領域
12は導電領域31下の第1の半導体表面に空乏ないし
反転層13が誘起されるとそれと電気的に接続されて、
導電領域と第1の半導体領域の間に流れる電流を制御す
る機能を果たす。更に金属薄膜で導電領域、コンタクト
領域、第1の半導体領域に電極が設けられている。図で
は単一の素子として示されているが、半絶縁性GaAz
基板上に分離された状態で形成され、集積回路の1素子
として用いることもできる。低キャリア濃度GcLit
層11αの厚さ1.5μm、不純物を添加しないAIA
、r層21の厚さα01μ翼、導電領域としてのル+G
αA、r層の厚さ0.5μ勲導電領域の面積50μm×
50μmのとき、第5図のような出力特性が得られた。
導電領域31をか形成するエネルギバリアの高さはΔE
B−0,55eV、電子に対するエネルギバリアの高さ
ΔBi=α2eVと見つもられている。
同様な構成は、第1の半導体領域として5形l5tGa
I4 AJ、第2の半導体領域としてIsPを用いても
実現することができる。更に、第3図の構成は第2の半
導体領域としてル形GaA、r、第2の半導体領域とし
てAjtGα141Uを第1の半導体領域のル形Ga1
Uの表面からの距離に従ってx−1〜0まで連続的に変
化させて結晶成長させた結晶層、導電領域としてsiを
添加したtL” Galt層を用いることによって実現
することができる。この場合、導電領域と第2の半導体
領域の間には電子に対するバリアはないが、第1の半導
体領域と第2の半導体領域間には正孔に対してΔEB 
= 0.55 eV、電子に対して0.2 eVのエネ
ルギバリアが形成される0 〔発明の効果〕 以上の説明で明らかなように、本発明の半導体装置は、
第1の半導体領域と第2の半導体領域の界面近傍に高濃
度の不純物層を設ける必要がないので、製造時の熱工程
に対する制限も少なく、しかも高不純物濃度領域上での
結晶成長に伴う欠陥の発生砥ないので、高性能な半導体
装置が比較的容易な製造工程によって実現することがで
きる。しかも、上記界面への高不純物濃度領域の挿入を
行わないので、HEMT、SIS  電界効果トランジ
スタと同一の界面構造を有している。そのために界面で
のキャリア移動度が大きく、ベース抵抗の小さな高速素
子が得られ、しかも上記電界効果トランジスタの二次元
力゛スチャネルと接続して使用することが可能となシ、
電界効果トランジスタと混在して集積化することにより
、高性能の集積回路を実現することが可能となる。
の実施例のバンドダイアグラム図、第4図は本発明の第
1の実施例をGa1t系材料で試作した例の概略構成図
、第5図は本発明の第1の実施例をGa A、r系材料
で試作した素子の出力特性図である。
図中、10は第1の半導体領域、11は高電子濃度の5
+基板、111Eは低キヤリア濃度のGa A、を層、
12は高電子濃度の3+GWAJ層とセルファライン状
態で形成されたコンタクト領域、13は空乏層第1図 第2図 ど1 第3図 第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)第1の導電形の第1の半導体領域と、該第1の半導
    体領域と接し、第1の半導体の少数キャリアに対して障
    壁を形成する第2の半導体領域と、該第2の半導体領域
    の接する導電領域と、前記第1の半導体領域と第2の半
    導体領域との界面に動作状態で形成される空乏ないし反
    転層からなり、前記導電領域から前記第2の半導体領域
    の伝導帯ないしは価電子帯を通してキャリアが輸送され
    、前記反転層を通過して前記第1の半導体領域に到達す
    ることにより、前記導電領域をエミッタ、前記空乏ない
    し反転層をベース、前記第1の半導体領域をコレクタと
    して動作する半導体装置。 2)特許請求の範囲第(1)項記載の半導体装置におい
    て、前記第1の半導体領域の表面上又は内に、該第1の
    半導体領域と整流接合を構成し、かつ、前記反転層と電
    気接続を有するコンタクト領域を設けたことを特徴とす
    る半導体装置。 3)特許請求の範囲第(1)項記載の半導体装置におい
    て前記第2の半導体領域は前記第1の半導体領域の多数
    キャリアおよび少数キャリアに対してエネルギバリアを
    形成するが、前記導電領域との間の多数キャリアに対す
    るエネルギバリアは、前記第1の半導体領域との間のエ
    ネルギバリアより小さくなるように原子構成を変化させ
    たことを特徴とする半導体装置。
JP61069634A 1986-03-27 1986-03-27 半導体装置 Granted JPS62224969A (ja)

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US07/030,747 US4811070A (en) 1986-03-27 1987-03-27 Heterojunction bipolar transistor with inversion layer base

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JPH0459785B2 JPH0459785B2 (ja) 1992-09-24

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US4811070A (en) 1989-03-07
JPH0459785B2 (ja) 1992-09-24

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