JPS63140570A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS63140570A JPS63140570A JP61286605A JP28660586A JPS63140570A JP S63140570 A JPS63140570 A JP S63140570A JP 61286605 A JP61286605 A JP 61286605A JP 28660586 A JP28660586 A JP 28660586A JP S63140570 A JPS63140570 A JP S63140570A
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Classifications
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- 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
- H01L29/70—Bipolar devices
-
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- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/73—Bipolar junction transistors
- H01L29/737—Hetero-junction transistors
- H01L29/7371—Vertical transistors
- H01L29/7376—Resonant tunnelling transistors
-
- 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
- H01L29/02—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
- H01L29/1004—Base region of bipolar transistors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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- Y10S977/70—Nanostructure
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- Y10S977/759—Quantum well dimensioned for intersubband transitions, e.g. for use in unipolar light emitters or quantum well infrared photodetectors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/936—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application in a transistor or 3-terminal device
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
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、高利得、高速トランジスタに係り、特に、通
信や高速計算機に好適な半導体装置に関するものである
。
信や高速計算機に好適な半導体装置に関するものである
。
従来のヘテロバイポーラトランジスタは伊藤らによる報
告（６０年秋季応用物理学会学術講演会予稿集、３ａ−
８９）のように、ベース領域は均一な半導体ないしは徐
々に組成を変化させた混晶半導体であった。しかし、ベ
ース領域に量子井戸構造を設け、エミッタ注入効率の向
上やベース走行時間の短縮などの特性改善をすることに
ついては配慮されていなかった。
告（６０年秋季応用物理学会学術講演会予稿集、３ａ−
８９）のように、ベース領域は均一な半導体ないしは徐
々に組成を変化させた混晶半導体であった。しかし、ベ
ース領域に量子井戸構造を設け、エミッタ注入効率の向
上やベース走行時間の短縮などの特性改善をすることに
ついては配慮されていなかった。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記従来技術では、ベース領域は高濃度にドーピングさ
れたｐ形層であり、正孔移動度が小さいため、ベース抵
抗の低減には限界があり、これは変調速度の制限要因の
一つであった。
れたｐ形層であり、正孔移動度が小さいため、ベース抵
抗の低減には限界があり、これは変調速度の制限要因の
一つであった。
また、第２図（ａ）にバンド構造を示すようにエミッタ
注入効率は、ベース層１とエミツタ層２との価電子帯バ
ンド不連続と拡散電位との和３で決められる値に留って
いた。
注入効率は、ベース層１とエミツタ層２との価電子帯バ
ンド不連続と拡散電位との和３で決められる値に留って
いた。
本発明の目的は、ヘテロバイポーラトランジスタにおい
て、エミッタ注入効率を改善し、ベース走行時間及びベ
ース抵抗を低減することにより、その特性を向上させる
ことにある。
て、エミッタ注入効率を改善し、ベース走行時間及びベ
ース抵抗を低減することにより、その特性を向上させる
ことにある。
第２図（ｂ）は、本発明の装置のバンド構造図である０
図示のように、ベース層に量子井戸３２を設け、量子井
戸構造とすることにより上記目的は達成される。
図示のように、ベース層に量子井戸３２を設け、量子井
戸構造とすることにより上記目的は達成される。
まずエミッタ注入効率については、正孔２８が量子井戸
内に二次元的に閉じ込まれ、エミッタ２９側に注入され
ることを防ぐので、これによってエミッタ注入効率が向
上する。ベース内に高濃度の正孔を要する場合には、バ
リア層にアクセプタを変調ドーピングすればよい。
内に二次元的に閉じ込まれ、エミッタ２９側に注入され
ることを防ぐので、これによってエミッタ注入効率が向
上する。ベース内に高濃度の正孔を要する場合には、バ
リア層にアクセプタを変調ドーピングすればよい。
一方、ベース走行時間とベース抵抗は次のようにして低
減される。電子は、井戸内においてその底にはたまらず
、特定の深さく量子準位）のところに何層かに分布し、
井戸層の幅を狭くしていくと、その量子準位は各々だん
だん上っていくという性格を有する。その量子準位のい
ずれかと、バリア層のエネルギー準位との差が１／２ｋ
Ｔ以内程度になると、エミツタ層２９からベース層２７
に注入された電子３０は井戸３２内にトラップされるこ
となく、弾性的にコレクタ層３１に達する。このため、
コレクタ注入効率を低下させることなく、ベース走行時
間を低減できる。更にベース内の正孔は、変調ドーピン
グの効果から従来のベース層内の正孔に比べて約４倍の
高い移動度をもち、ベース抵抗の大幅低減が可能となり
、ベース層の充放電時間が短縮できる。
減される。電子は、井戸内においてその底にはたまらず
、特定の深さく量子準位）のところに何層かに分布し、
井戸層の幅を狭くしていくと、その量子準位は各々だん
だん上っていくという性格を有する。その量子準位のい
ずれかと、バリア層のエネルギー準位との差が１／２ｋ
Ｔ以内程度になると、エミツタ層２９からベース層２７
に注入された電子３０は井戸３２内にトラップされるこ
となく、弾性的にコレクタ層３１に達する。このため、
コレクタ注入効率を低下させることなく、ベース走行時
間を低減できる。更にベース内の正孔は、変調ドーピン
グの効果から従来のベース層内の正孔に比べて約４倍の
高い移動度をもち、ベース抵抗の大幅低減が可能となり
、ベース層の充放電時間が短縮できる。
またこれによりベース層を薄くできることとあわせて、
高周波特性の改善にも効果がある。
高周波特性の改善にも効果がある。
尚１本発明を実施するにあたっては、バリア層は直接遷
移型半導体であることが望ましい６また。バリア層の幅
は、電子が量子井戸間で相互作用を生じない程度に広い
ことが望ましい。なぜなら、量子井戸内においては電子
は確率的に分布し、その一部はバリア層内にも分布する
からである。
移型半導体であることが望ましい６また。バリア層の幅
は、電子が量子井戸間で相互作用を生じない程度に広い
ことが望ましい。なぜなら、量子井戸内においては電子
は確率的に分布し、その一部はバリア層内にも分布する
からである。
以下１本発明の一実施例を第１図により説明する。
分子線エピタキシー法により半絶縁性ＧａＡｓ基板１１
上にｎ＋・ｓｉドープＧａＡｓバッファ一層１２（１，
０μｍ、 ３ Ｘ １０ ”ａｍ−３） 、コレクタ層
１３（ＳｉドープＡ Ｑ ｏ、ｚｓＧａｏ、＋ａＡｓ、
０ 、２５ｐｍ、２Ｘ１０１Ｂｍ−”） 、Ｂ ｅ変
調ドープ量子井戸ベース層１４．エミツタ層１５（Ｓｉ
ドープＡ ｆｌｏ、ａＧａｏ、７Ａｓ、０．２ ｔＬ
ｍ、 ２ Ｘ １０”つ、 ｎ＋・ＳｉドープＧ ａ
Ａ ｓコンタクト層１６（０，０３μｍ、 ３ Ｘ
１０”δ■−８）を順次成長する。ベース層１４は、ア
ンドープＧａＡｓ２１ （６５人）を４層とｐ＋−ＡＱ
ＧａＡｓ２２ （Ｂ ａドープ、２Ｘ１０１９（１１
ｍ−”、 ２００人）を３層、交互に重ねたものであり
、このＧ ａ Ａ ｓ層とＡｆｉＧａＡｓ層とで、量子
井戸構造を形成している。
上にｎ＋・ｓｉドープＧａＡｓバッファ一層１２（１，
０μｍ、 ３ Ｘ １０ ”ａｍ−３） 、コレクタ層
１３（ＳｉドープＡ Ｑ ｏ、ｚｓＧａｏ、＋ａＡｓ、
０ 、２５ｐｍ、２Ｘ１０１Ｂｍ−”） 、Ｂ ｅ変
調ドープ量子井戸ベース層１４．エミツタ層１５（Ｓｉ
ドープＡ ｆｌｏ、ａＧａｏ、７Ａｓ、０．２ ｔＬ
ｍ、 ２ Ｘ １０”つ、 ｎ＋・ＳｉドープＧ ａ
Ａ ｓコンタクト層１６（０，０３μｍ、 ３ Ｘ
１０”δ■−８）を順次成長する。ベース層１４は、ア
ンドープＧａＡｓ２１ （６５人）を４層とｐ＋−ＡＱ
ＧａＡｓ２２ （Ｂ ａドープ、２Ｘ１０１９（１１
ｍ−”、 ２００人）を３層、交互に重ねたものであり
、このＧ ａ Ａ ｓ層とＡｆｉＧａＡｓ層とで、量子
井戸構造を形成している。
上記の厚さでＧ ａ Ａ ｓ層を形成すると、上記ＡＱ
ＧａＡｓとの関係において、量子準位とバリア層のエネ
ルギー準位との差が１／２ｋＴ以内となる。
ＧａＡｓとの関係において、量子準位とバリア層のエネ
ルギー準位との差が１／２ｋＴ以内となる。
またＡｆｉＧａＡｓのバリア層の厚さがこの程度であれ
ば、電子が量子井戸間で起こす相互作用を無視しうる。
ば、電子が量子井戸間で起こす相互作用を無視しうる。
次にベース電極形成位置にのみ、プラズマＣＶＤで形成
しパターン化した５ｉｘＮａＰＪ３０００人をマスクと
して、Ｚｎ拡散を深さ０．２５〜０．４ μｍ程度行う
０次にｎ ＋ −ＧａＡｓ Ｗ １２までメサエッチン
グを行い、コレクタ、ベース・エミッタの全ての領域に
Ａ ｕ ／ Ｇ ｅ ／ Ｎ ｉを蒸着し、４２０℃２
０秒間でアロイ化を行う、その後、ベース・エミッタ間
をリセスエッチングして完成とする。
しパターン化した５ｉｘＮａＰＪ３０００人をマスクと
して、Ｚｎ拡散を深さ０．２５〜０．４ μｍ程度行う
０次にｎ ＋ −ＧａＡｓ Ｗ １２までメサエッチン
グを行い、コレクタ、ベース・エミッタの全ての領域に
Ａ ｕ ／ Ｇ ｅ ／ Ｎ ｉを蒸着し、４２０℃２
０秒間でアロイ化を行う、その後、ベース・エミッタ間
をリセスエッチングして完成とする。
本装置の特性を測定したところ、微分直流利得の最大値
は、コレクタ電流密度がＩＫＡ／ｄのときに１２００で
あり、これまでのヘテロ接合バイポーラトランジスタの
中でも最も高い値を示した。
は、コレクタ電流密度がＩＫＡ／ｄのときに１２００で
あり、これまでのヘテロ接合バイポーラトランジスタの
中でも最も高い値を示した。
カット・オフ周波数は１２ＧＨｚとなり従来の最大１１
ＧＨｚに比べ大幅な改善が得られた。
ＧＨｚに比べ大幅な改善が得られた。
本発明によれば、（１）ベース層内の正孔の移動度を従
来に比べ約４倍にすることができるので、同一不純物濃
度においてベース抵抗を約１／４に下げることができる
。（２）正孔の量子井戸内への二次元的閉じ込め効果に
より、ベース側からエミッタ側へ注入される正孔電流は
従来の１／１０以下となり、エミッタ注入効率が向上す
る。尚、量子井戸を設けたことによるベース輸送効率の
低下は１〜２％であるので、電流利得は約１０倍になる
。
来に比べ約４倍にすることができるので、同一不純物濃
度においてベース抵抗を約１／４に下げることができる
。（２）正孔の量子井戸内への二次元的閉じ込め効果に
より、ベース側からエミッタ側へ注入される正孔電流は
従来の１／１０以下となり、エミッタ注入効率が向上す
る。尚、量子井戸を設けたことによるベース輸送効率の
低下は１〜２％であるので、電流利得は約１０倍になる
。
第１図は本発明の一実施例の縦断面図である。
第２図（ａ）は従来のヘテロ接合バイポーラトランジス
タのエネルギーバンド構造の概念図、第２図（ｂ）は本
発明のトランジスタのエネルギーバンド構造の概念図で
ある。 １１ ・・・半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ 鵡板、１２−ｎ
＋−ＧａＡｓバッファ一層、１３・・・コレクタ層、１
４・・・多重量子井戸ベース層、１５・・・エミツタ層
、１６・・・ｎ＋−Ｇ ａ Ａ ｓコンタクト層、１７
・・・Ｚｎイオン打込み領域、１８・・・ベース電極、
１９・・・エミッタ電極、２０・・・コレクタ電極、２
１・・・Ｇ ａ Ａ ｓ井戸層、２２・・・Ｂｅドープ
ＡＱ ＧａＡｓバリア層、２３・・・ベース、２４・・
・エミッタ、２５・・・エミッタ・ベース間障壁、２６
・・・コレクタ、２７・・・ベース層、２８・・・２次
元正孔ガス、２９・・・エミッタ、３０・・・電子、３
１・・・コレクタ、３２・・・量子井戸。 代理人 弁理士 小川勝馬）゛、 冨 １ 図
タのエネルギーバンド構造の概念図、第２図（ｂ）は本
発明のトランジスタのエネルギーバンド構造の概念図で
ある。 １１ ・・・半絶縁性Ｇ ａ Ａ ｓ 鵡板、１２−ｎ
＋−ＧａＡｓバッファ一層、１３・・・コレクタ層、１
４・・・多重量子井戸ベース層、１５・・・エミツタ層
、１６・・・ｎ＋−Ｇ ａ Ａ ｓコンタクト層、１７
・・・Ｚｎイオン打込み領域、１８・・・ベース電極、
１９・・・エミッタ電極、２０・・・コレクタ電極、２
１・・・Ｇ ａ Ａ ｓ井戸層、２２・・・Ｂｅドープ
ＡＱ ＧａＡｓバリア層、２３・・・ベース、２４・・
・エミッタ、２５・・・エミッタ・ベース間障壁、２６
・・・コレクタ、２７・・・ベース層、２８・・・２次
元正孔ガス、２９・・・エミッタ、３０・・・電子、３
１・・・コレクタ、３２・・・量子井戸。 代理人 弁理士 小川勝馬）゛、 冨 １ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、半導体ヘテロ構造バイポーラトランジスタにおいて
、そのベース領域に量子井戸構造を有することを特徴と
する半導体装置。 ２、上記量子井戸構造は、量子井戸層と、上記量子井戸
層よりも広いエネルギーバンドギャップを有するバリア
層とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の半導体装置。 ３、上記量子井戸構造を構成する量子井戸層の幅及び量
子井戸層とバリア層とのエネルギー差が、量子井戸内に
形成される量子準位とバリア層のエネルギー準位との差
が１／２ｋＴ以内となるような量子井戸層の幅及びエネ
ルギー差であるように定められていることを特徴とする
特許請求の範囲第２項記載の半導体装置。（ただしｋは
ボルツマン定数、Ｔは絶対温度を示す。） ４、上記バリア層の幅は、電子が量子井戸間で相互作用
を生じない程度に広いことを特徴とする特許請求の範囲
第３項記載の半導体装置。 ５、上記バリア層に選択的に不純物ドーピングを行つた
ことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体装
置。 ６、上記バリア層は、直接遷移型半導体であることを特
徴とする特許請求の範囲第３項記載の半導体装置。 ７、上記量子井戸構造において、上記量子井戸層はＧａ
Ａｓであり、また、上記バリア層はＡｌ＿ｘＧａ＿１＿
−＿ｘＡｓであることを特徴とする特許請求の範囲第３
項記載の半導体装置。 ８、上記Ａｌ＿ｘＧａ＿１＿−＿ｘＡｓ／ＧａＡｓ系量
子井戸構造において、量子井戸層の幅は、ｘ＝０．１±
０．０５のとき６０〜８８、１０８〜１３８又は１５８
〜２００Åのいずれか、ｘ＝０．２±０．０５のとき５
３〜７７、９７〜１２１、１４１〜１６５又は１８５〜
２２０Åのいずれか、また、ｘ＝０．３±０．０５のと
き４０〜７０、８５〜１１５又は１３０〜１７０Åのい
ずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第７項記
載の半導体装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61286605A JPS63140570A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | 半導体装置 |
| EP87907979A EP0292568B1 (en) | 1986-12-03 | 1987-12-02 | Hetero-junction bipolar transistor |
| PCT/JP1987/000935 WO1988004474A1 (en) | 1986-12-03 | 1987-12-02 | Hetero-junction bipolar transistor |
| DE8787907979T DE3785196T2 (de) | 1986-12-03 | 1987-12-02 | Bipolartransistor mit heterouebergang. |
| KR1019880700750A KR910006246B1 (ko) | 1986-12-03 | 1987-12-02 | 헤테로 접합 바이폴라 트랜지스터 |
| US07/542,796 US5003366A (en) | 1986-12-03 | 1990-06-25 | Hetero-junction bipolar transistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61286605A JPS63140570A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63140570A true JPS63140570A (ja) | 1988-06-13 |
Family
ID=17706577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61286605A Pending JPS63140570A (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | 半導体装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5003366A (ja) |
| EP (1) | EP0292568B1 (ja) |
| JP (1) | JPS63140570A (ja) |
| KR (1) | KR910006246B1 (ja) |
| DE (1) | DE3785196T2 (ja) |
| WO (1) | WO1988004474A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7173293B2 (en) | 2002-10-25 | 2007-02-06 | The University Of Connecticut | Semiconductor devices employing at least one modulation doped quantum well structure and one or more etch stop layers for accurate contact formation |
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