JPS62229878A - 高速半導体装置 - Google Patents

高速半導体装置

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JPS62229878A
JPS62229878A JP4536186A JP4536186A JPS62229878A JP S62229878 A JPS62229878 A JP S62229878A JP 4536186 A JP4536186 A JP 4536186A JP 4536186 A JP4536186 A JP 4536186A JP S62229878 A JPS62229878 A JP S62229878A
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JP
Japan
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layer
collector
ingaas
type
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JP4536186A
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English (en)
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Kenichi Imamura
健一 今村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
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    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
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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】 〔概要〕 本発明は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系の高速半導体装置に
於いて、基板にＩ　ｎＧａＡｓを用いることに依り、キ
ャリヤがバレー間遷移を起こさないようにすることは勿
論のこと、コレクタ層と基板との間にポテンシャル・バ
リヤが生成されないようにし、コレクタ電極を基板の下
側に形成してキャリヤがコレクタ層と基板との界面を通
過する構成にしてもキャリヤのスピードは低下すること
がないようにするものである。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、ホット・エレクトロン・トランジスタ（ｈｏ
ｔ　　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：Ｈ
ＥＴ）と呼ばれている高速半導体装置の改良に関する。
〔従来の技術〕
近年、ヘテロ接合を有する半導体装置の研究・開発が盛
んであり、特にＡ　Ｉ　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　
Ａ　ｓ系ＨＥＴは、キャリヤのベース走行時間が短く、
従って、高速化できることで注目されている。
ところで、ＧａＡｓに於けるキャリヤのアッパー・バレ
ーへの遷移エネルギは例えばｒバレーからしバレーへの
場合は０．３〜０．３５　（ｅＶ）である為、エミッタ
・ベース間に少し大きな電圧を印加すると直ちにバレー
間遷移を生じ、キャリヤの実効的な質量が大きくなり、
キャリヤの走行速度が遅くなってしまう。
そこで、現在、このような半導体装置の材料をＡ　１２
　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ　／　Ｇ　ａ　Ａ　ｓ系からＩｎＰ／
ＩｎＧａＡｓ系に転換することが考えられている。
その理由は、ＩｎＧａＡｓに於けるキャリヤのアッパー
・バレーへの遷移エネルギが例えばｒハレーからＬバレ
ーへの場合に０．８　　（ｅＶ）と大きい為、エミッタ
・ベース間に十分高い電圧を印加して大きな電流が流れ
るようにしてもキャリヤのバレー間遷移が発生し難いか
らである。
第３図はＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＥＴの従来例を表す
要部切断側面図である。
図に於いて、１はｎ＋型ＩｎＰ基板、２はｎ＋型１ｎＧ
ａＡｓコレクタ層、３はｉ型ＩｎＰコレクタ側ポテンシ
ャル・バリヤ層、４はｎ　型１　ｎ　ＧＡｓベース層、
５はｉ型ＩｎＰエミッタ側ポテンシャル・バリヤ層、６
はｎ＋型１ｎＧａＡｓエミッタ層、７はエミッタ電極、
８はベース電極、９はコレクタ電極をそれぞれ示してい
る。
このＨＥＴに於ける主要部分のデータは次の通りである
。
（１）　　コレクタ層２について 厚さ：４００Ｃｎｍ） 不純物濃度：　２　Ｘ　１０１’　　（Ｃａｎ−’）（
２）　　コレクタ側ポテンシャル・バリヤ層３について 厚さ：１５０（ｎｍ） （３）　　ベース層４について 厚さ：　１００　　（ｎｍ） 不純物濃度：　Ｉ　Ｘ　１０’８　（ｃｍ−’）（４）
　　エミッタ側ポテンシャル・バリヤ層５について 厚さ：２５（ｎｍ） （５）　　エミツタ層６について 厚さ：４００（ｎｍ） 不純物濃度：２×１０重８（ｃｏ＋　−’　）（６）各
電極？、８．９について 材料：Ａｕ−Ｇｅ／７１．ｕ 厚さ：８００（人）／２８００（人〕 〔発明が解決しようとする問題点〕 前記ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ＨＥ　Ｔでは、基板１にＩ
ｎＰを用い、そして、コレクタ層２にＩｎＧａＡｓを用
いている。
従って、コレクタ層２と基板ｌとの界面にはバリヤが存
在する状態になっている。
第４図（Ａ）は第３図に示した従来例の熱平衡状態に於
けるエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第３図に
於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ
意味を持つものとする。
図から明らかなように、ｎ＋型ＩｎＰ基板１に依るバリ
ヤが存在している。
このように、バリヤが存在すると、そこを通過するキャ
リヤ（この場合エレクトロン）のスピードが低下する旨
の問題がある。
第４図（Ｂ）は第３図に示した従来例の動作状態に於け
るエネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第３図及び
第４図（Ａ）に於いて用いた記号と同記号は同部分を示
すか或いは同じ意味を持つものとする。
図に於いて、ｅはエレクトロン、φ０はバリヤ・ハイド
を示している。
若し、基板１にバリヤが存在しないとすると、エレクト
ロンの初期エネルギは、 ＝０．５　（１＋０．６ｘＯ，５） ＝０．　６５　　（ｅＶ） ζニブランク定数 に０　：波数ベクトル ｍ”　　Ｓ　ｌ　ｎＱ　ａＡＳ中のエレクトロンの有効
質量 Ｅ　：　ＶｌｌＥ＝　０．　５　　（Ｖ）とするとなる
。然しなから、バリヤが存在すると、ここで、Ｅ’＝Ｅ
−ｑφ０ 、’、＝（Ｅ−ｑφｃ）　　（１−ａ　　（Ｅ−ｑφｃ
））＝　（０，５−０，３）（１＋０．６　（０，５−
０，３）） ＝０．２２４　　（ｅＶ） となって、約１／３のエネルギになってしまう。
一般に、エレクトロンのスピードはエネルギの平方根に
比例するから、前記のようなバリヤが存在すると、それ
がない場合に比較してエレクトロンのスピードは約４０
〔％〕程度低下することになる。
ところで、前記したように、キャリヤがｎ＋型ＩｎＰ基
板１を通過する構成にすることでキャリヤのスピードが
低下する虞があれば、ｎ＋型ＩｎＧａＡｓコレクタ層２
の一部を表出し、そこから直接にコレクタ電極を導出す
れば良いと考えられようが、そのようにすると電流密度
が低くなるので、ただでさえ電流密度が低いＨＥＴの欠
点が更に大きくなる。
本発明は、ＨＥＴに於けるコレクタ層と基板との間にバ
リヤが介在しないような構成とし、基板の下側からコレ
クタ電極を取り出す構成にしてもキャリヤのスピードは
低下しないようにする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の高速半導体装置に於いては、−導電型ＩｎＧａ
Ａｓ基板の上に一導電型１ｎＧａＡｓコレクタ層、ｉ型
ＩｎＰコレクタ側ポテンシャル・バリヤ層、−導電型１
ｎＧａＡｓベース層、ｉ型ＩｎＰエミッタ側ポテンシャ
ル・バリヤ層、−ｉ電型ＩｎＧａＡｓエミッタ層が順に
積層されてなる構成を採っている。
〔作用〕
前記手段に依ると、キャリヤがバレー間遷移を起こさな
いようにできるのは勿論のこと、コレクタ層と基板との
間にはポテンシャル・バリヤが生成されないので、コレ
クタ電極を基板の下側に形成して電流を取り出す構成と
なしＨＥＴの欠点である電流密度が小さい点を補うよう
にしても、キャリヤがコにフタ層と基板との界面を通過
する際にスピードが減殺されることはない。
〔実施例〕
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図を表し、第３
図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示すか或いは
同じ意味を持つものとする。
本実施例が第３図に見られる従来例と相違する点は、ｎ
＋型ＩｎＰ基板１をｎ＋型ｆｎＧａＡｓ基板１′に変え
たことである。
第２図は第１図に見られる実施例の熱平衡状態に於ける
エネルギ・バンド・ダイヤグラムを表し、第１図及び第
４図（Ａ）及び（Ｂ）に於いて用いた記号と同記号は同
部分を示すか或いは同じ意味を持つものとする。
図から判るように、本実施例に於いては、コレクタ層２
と基板１′との間には、第４図（Ａ）及び（Ｂ）に見ら
れるようなポテンシャル・バリヤは存在しない。
従って、コレクタ電極９を基板１′の下側に形成しても
、キャリヤがコレクタ層２と基板１′との界面を通過す
る際、そのスピードが低下することはない。
〔発明の効果〕
本発明は、ＩｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系の高速半導体装置に
於いて、基板にＩｎＧａＡｓを用いる構成を採っている
。
この構成に依れば、キャリヤがバレー間遷移を起こさな
いようにできるのは勿論のこと、コレクタ層と基板との
間にはポテンシャル・バリヤが生成されないので、コレ
クタ電極を基板の下側に形成して電流を取り出す構成と
なしＨＥＴの欠点である電流密度が小さい点を補うよう
にしても、キャリヤがコレクタ層と基板との界面を通過
する際にスピードが減殺されることはない。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明一実施例の要部切断側面図、第２図は第
１図に見られる実施例に関するエネルギ・バンド・ダイ
ヤグラム、第３図は従来例の要部切断側面図、第４図（
Ａ）及び（Ｂ）は第３図に見られる従来例に関するエネ
ルギ・バンド・ダイヤグラムをそれぞれ表している。 図に於いて、１′はｎ＋型１ｎＧａＡｓ基板、２はｎ＋
型１ｎＧａＡｓコレクタ層、３はｉ型ＩｎＰコレタタ側
ポテンシャル・バリヤ層、４はｎ型ＩｎＧａＡｓベース
層、５はｉ型ＩｎＰエミッタ側ポテンシャル・バリヤ層
、６はｎ”型１ｎＧａＡｓエミッタ層、７はエミッタ電
極、８はベース電極、９はコレクタ電極をそれぞれ示し
ている。 第１図 従来例の要部切断側面図 第３図 Ｕ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　。 む」

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 一導電型ＩｎＧａＡｓ基板の上に一導電型ＩｎＧａＡｓ
    コレクタ層、ｉ型ＩｎＰコレクタ側ポテンシャル・バリ
    ヤ層、一導電型ＩｎＧａＡｓベース層、ｉ型ＩｎＰエミ
    ッタ側ポテンシャル・バリヤ層、一導電型ＩｎＧａＡｓ
    エミッタ層が順に積層されてなること を特徴とする高速半導体装置。
JP4536186A 1986-03-04 1986-03-04 高速半導体装置 Pending JPS62229878A (ja)

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