JPS62299073A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS62299073A
JPS62299073A JP14373986A JP14373986A JPS62299073A JP S62299073 A JPS62299073 A JP S62299073A JP 14373986 A JP14373986 A JP 14373986A JP 14373986 A JP14373986 A JP 14373986A JP S62299073 A JPS62299073 A JP S62299073A
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JP14373986A
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English (en)
Inventor
Hiroaki Onishi
大西 裕明
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/20Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/201Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys
    • H01L29/205Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds including two or more compounds, e.g. alloys in different semiconductor regions, e.g. heterojunctions
    • HELECTRICITY
    • 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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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】 3、発明の詳細な説明 〔概要〕 共鳴トンネルホットエレクトロントランジスタの構造で
あって、エミッタ−ベース間に形成された量子井戸内の
量子準位を通過して共鳴的に高速の電子をベースに注入
する半導体装置に於いて、エミツタ層を形成する化合物
半導体結晶のエネルギーバンドギャップを、ベース層を
形成する化合物半導体結晶のバンドギャップより大きく
することでエミツタとベース間の印加電圧が低い場合で
も、ベース層に注入される電子のエネルギーが最適状態
となるようにしたもの。
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体装置、特に共鳴トンネルホットエレクト
ロントランジスタに関する。
エミツタ層、およびベース層をガリウム−砒素(GaA
s)の化合物半導体結晶層で形成し、このエミ、り層、
およびベース層間に前記したGaAsとエネルギーバン
ドギャップが異なるアルミニウムーガリウム−砒素(〜
GaAs)の化合物半導体結晶層をペテロ構造に挿入形
成することで、エミツタ層とベース層間にポテンシャル
バリアを形成する。
そしてトンネル現象により、エミツタ層よりベース層に
対して初速塵を持ち、高エネルギーの電子、即ちホット
エレクトロンを注入することで、注入された電子を高速
にベース領域を通過させるホットエレクトロントランジ
スタ(以下HETと称する。)は高速で動作する半導体
装置として、電子計算機等の論理回路を形成するために
開発されている。
〔従来の技術〕
従来のこのような半導体装置について第3図を用いて説
明する。
図示するように半絶縁性のGaAsの基板1上にはハソ
ファ層としてのGaAsの結晶層2が分子線エピタキシ
ャル成長法等を用いて形成され、更にその上にN+型の
GaAsの結晶層がコレクタ層3として形成されている
更にその上には真性の八ΩGaAsの結晶層がベースコ
レクタ[2層4として形成され、更にその上にはN+型
のGaAsの結晶層がベース層5として形成されている
そしてこれらベース−コレクタ障壁層4、およびベース
層5が所定の寸法となるようにウェットエツチング法等
を用いて所定のパターンに形成されている。
更にその上には真性のAgGaAs結晶層6、真性のG
aAs結晶層7、真性のNJG a A s結晶層8が
超格子層として形成され、これら超格子層がエミッタ−
ベース障壁層9となって形成されている。
更にその上にはN+型のGaAsの結晶層がエミツタ層
10として形成されている。
そしてこれ等エミッタ−ベース障壁層9およびエミツタ
層10が所定の寸法となるようにリアクティブイオンエ
ツチング法等を用いて所定のパターンに形成されている
そしてこれらのエミツタ層10、ベース層5、コレクタ
層3上には、金−ゲルマニウム/金合金よりなるエミッ
タ電極11、ベース電極12、コレクタ電極13がそれ
ぞれ蒸着、およびホトリソグラフィ法等を用いて形成さ
れている。
第4図はこのような半導体装置のエミッタ−ベース間の
エネルギーバンド構造を概念的に示した図で、図のエミ
ッタ領域21はN+型GaAs結晶層10よりなり、図
のエミッタ−ベース障壁要領F222は、真性のへΩG
aAs結晶層8、真性のGaAs結晶層7、真性の鳩G
aAs結晶層6の超格子構造よりなるエミッタ障壁層9
で形成され、ベース領域23はN”GaAs結晶層5よ
りなる。
図示するようにエミッタ−ベース障壁領域22に於いて
は、真性のAQ G a A s結晶層8.6よりなる
第1の障壁層24、第2の障壁層25がそれぞれ形成さ
れ、第1の障壁層24と第2の障壁層25の間には第1
の量子井戸層27が形成されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、従来のこのような半導体装置は、ベース層5
とエミツタ層10に同一材料の化合物半導体結晶のN+
型のGaAsの結晶層を用いているので、この半導体装
置のエミッタ−ベース間に電圧を印加しない状態に於い
ては、第4図に示すように、エミッタ領域21とベース
領域23の間で、伝導帯の底のエネルギー準位26が同
一の高さを示している。
図で28は伝導帯と価電子帯との間のエネルギーバンド
ギャップを示している。
そのため、第5図の曲線31に示すように、エミッタ−
ベース間に低電圧を印加した状態で、而もエミッタ−ベ
ース間の電流にピーク値Aが出るようにする、所謂ネガ
ティブレジスタンスが現れるようにしようとしても、エ
ミッタ領域21とベース領域23の間に於いては伝導帯
の底のエネルギー準位26が同一の高さであるので、エ
ミッタ領域21よリベース領域23に注入される電子の
エネルギーは、エミッタ−ベース間に印加した電圧によ
るエネルギー分のみであるため、ベース領域への電子の
注入エネルギーは低く、電流利得が低下する。
また一方、ベース領域への注入エネルギーを高くしよう
とすると、ピーク電流が現れるエミッタ−ベース間の電
圧が大きくなり、エミッタ−ベース間にリーク電流が発
生する不都合が生じる。
本発明は上記した問題点を除去し、エミッタ−ベース間
に低電圧を印加した場合でも、エミッタ領域からベース
領域に注入される電子の注入エネルギーが最適な値とな
るような半導体装置の提供を目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の半導体装置は、化合物半導体基板上に化合物半
導体結晶層を多層構造に積層してコレクタ層、ベースコ
レクタ障壁層、ベース層、超格子構造のエミッタ−ベー
ス障壁層、エミツタ層を設けた半導体装置に於いて、 前記エミツタ層とベース層が、それぞれエネルギーバン
ドギャップの異なる化合物半導体結晶で形成されている
ことを特徴とする。
〔作用〕
本発明の半導体装置はエミッタ領域のエミツタ層をバン
ドギャップの広いRfJGaAs結晶層で形成し、ベー
ス領域のベース層をバンドギャップの狭いGaAs結晶
層で形成する。
このようにすることで、エミツタ層に於ける伝導帯の底
のエネルギーと、第1の量子井戸層の第1量子準位のエ
ネルギー差が少なくなるようにすることで、低いエミッ
タ−ベース間の印加電圧でエミッタ−ベース間の電流に
ピーク値が出るようにする。
またエミッタ領域のエミツタ層をバンドギャップの広い
〜GaAs結晶層で形成し、ベース領域のベース層をバ
ンドギャップの狭いGaAsの結晶層で形成することで
、エミツタ層に於ける伝導帯の底のエネルギーと、ベー
ス層に於ける伝導帯の底のエネルギーとの間に差が生じ
るようにし、このエネルギーの差の分だけ、エミッタ領
域よりベース領域への電子の注入エネルギーを高くする
ことができる。
〔実施例〕
以下、図面を用いて本発明の一実施例につき詳細に説明
する。
第1図は本発明の半導体装置の構造を示す断面図で、図
示するように半絶縁性のGaAsの基板41上には、G
aAsの結晶層がバッファ層42として分子線エピタキ
シャル法で形成されている。
更にその上にはN+型のGaAsの結晶層がコレクタ層
43として分子線エピタキシャル法で形成されている。
更にその上には真性の〜、、、GaJs層が、1500
〜3000人の厚さに分子線エピタキシャル法でベース
−コレクタ障壁層44として形成されている。
更にその上にはN“型のGaAs結晶層が200〜10
00人の厚さに分子線エピタキシャル法でベース層45
として形成されている。
更にその上にはAll、、Ga、、7As層46、真性
のGaAs結晶層47、へΩ、、Ga6.ψS結晶層4
8が超格子構造にエミッタ−ベース障壁層49として分
子線エピタキシャル法で100〜500 人の厚さに形
成されている。
更にその上には、N1型のAll、、、G af、1A
 S結晶層がエミツタ層50として分子線エピタキシャ
ル法で1000〜2000人の厚さに形成されている。
更にこのようなエミツタ層50、エミッタ−ベース障壁
層49は所定の寸法にリアクティブイオンエツチング法
でパターン形成された後、エミ・ツタ層50上に金−ゲ
ルマニウム/金合金よりなるエミッタ電極51が所定の
パターンに蒸着法、ホトリソグラフィ法等を用いて形成
されている。
またベース層45、およびベース−コレクタ障壁層44
は所定の寸法にウェットエツチング法でパターン形成さ
れた後、ベース層45上に金−ゲルマニウム/金合金よ
りなるベース電極52が所定のパターンに蒸着法、ホト
リソグラフィ法等を用いて形成されている。
またコレクタ層43上に金−ゲルマニウム/金合金より
なるコレクタ電極53が所定のパターンに蒸着法、ホト
リソグラフィ法等を用いて形成されている。
このようにして形成された半導体装置のエミッタ領域、
エミッタ−ベース障壁層領域、ベース領域に於けるエネ
ルギーバンド構造の概念図を第2図に示す。
第1図および第2図に図示するように、エミッタ領域6
1はN+型のへイG a、、、A s結晶層50で形成
され、エミッタ−ベース障壁層領域62はAg。sG 
a、、I s結晶層48、真性のGaAs結晶層47、
AQ、、、G a、、、A 3結晶層46よりなるエミ
ッタ−ベース障壁層49で形成されている。
またベース領域63はN“型のGaAs結晶層よりなる
ベース層45で形成されている。
図でEg (E)はエミッタ領域61に於ける伝導帯と
価電子帯との間のエネルギーギャップを示し、Eg(B
)はベース領域63に於ける伝導帯と価電子帯との間の
エネルギーギャップを示している。
図示するようにエミッタ領域61の伝導帯の底のエネル
ギーレベル64とベース領域63の伝導帯の底のエネル
ギーレベル65とは、エミッタ領域を形成するN ” 
AQ Ga Asの結晶層50のエネルギーバンド0.
1  ++、j プが、ベース領域を形成するN“GaAsの結晶層45
のエネルギーギャップより大きいために異なっており、
このエネルギーの差の分だけエミッタ領域よりベース領
域に注入される電子の注入エネルギーが増加する。
また第1の量子井戸層68の井戸幅を適当に選ぶと、第
1の障壁層66と第2の障壁層67で挟まれた第1の量
子井戸層68の第一量子準位69は、エミツタ層の伝導
帯の底のエネルギーレベル64と殆ど差かないようにで
きるため、低いエミッタ−ベース間の印加電圧でも、エ
ミッタ領域61よりベース領域63に注入される電子の
エネルギーが大きいため、エミッタ−ベース間のピーク
電流が現れる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明の半導体装置によれば、エミ
ッタ−ベース領域間に印加する電圧が低電圧でもエミッ
タ−ベース間に流れる電流のピーク値が得られ、また同
時に最適の注入エネルギーが得られるので、ネガティブ
レジスタンスを有する電圧−電流特性を有する論理回路
形成用の高速トランジスタが容易に得られる効果がある
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の半導体装置の構造を示す断面図、 第2図は本発明の半導体装置のエネルギーバンド構造の
説明図、 第3図は従来の半導体装置の構造を示す断面図、第4図
は従来の半導体装置のエネルギーバンド構造の説明図、 第5図はホットエレクトロントランジスタの特性を示す
図である。 図に於いて、 41はGaAs基板、42はバッファ層、43はコレク
タ層、44はベース−コレクタ障壁層、45はベース層
、46はNJGa As層、47はGaAs層、48は
% Ga As層、49はエミッタ−ベース障壁層、5
0はエミツタ層、51はエミッタ電極、52はベース電
極、53はコレクタ電極、61はエミッタ領域、62は
エミッタ−ベース障壁領域、63はベース領域、64は
エミッタ領域に於ける伝導帯の底のエネルギーレベル、
65はベース領域に於ける伝導帯の底のエネルギーレベ
ル、66は第1の障壁層、67は第2の障壁層、68は
第1の量子井戸、69は第1の量子井戸に於ける第一量
子準位を示す。 本殻珂。す柑J1唯跡ろ助シロ 第 1 図 ジ  ノ 才4斉幌っ21工程−−バニI”得1 第2図 第3図 従庫りl炎室りエキルギ=バシ):111B−ラVEB ネットエレクトロントランジスタの痔)峨第5図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 化合物半導体基板(41)上に化合物半導体結晶層をコ
    レクタ層(43)、ベース−コレクタ障壁層(44)、
    ベース層(45)、超格子構造のエミッタ−ベース障壁
    層(49)、エミッタ層(50)として設けた半導体装
    置に於いて、 前記エミッタ層(50)とベース層(45)がエネルギ
    ーバンドギャップの異なる化合物半導体結晶層で形成さ
    れていることを特徴とする半導体装置。
JP14373986A 1986-06-18 1986-06-18 半導体装置 Pending JPS62299073A (ja)

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JP14373986A JPS62299073A (ja) 1986-06-18 1986-06-18 半導体装置

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JP14373986A JPS62299073A (ja) 1986-06-18 1986-06-18 半導体装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01262663A (ja) * 1988-04-14 1989-10-19 Fujitsu Ltd 共鳴トンネリングヘテロバイポーラトランジスタ

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6158268A (ja) * 1984-08-30 1986-03-25 Fujitsu Ltd 高速半導体装置

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