JPS63161670A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JPS63161670A
JPS63161670A JP31032086A JP31032086A JPS63161670A JP S63161670 A JPS63161670 A JP S63161670A JP 31032086 A JP31032086 A JP 31032086A JP 31032086 A JP31032086 A JP 31032086A JP S63161670 A JPS63161670 A JP S63161670A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
emitter
base
gaas
collector
Prior art date
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Pending
Application number
JP31032086A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshio Baba
寿夫 馬場
Masaki Ogawa
正毅 小川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by NEC Corp filed Critical NEC Corp
Priority to JP31032086A priority Critical patent/JPS63161670A/en
Publication of JPS63161670A publication Critical patent/JPS63161670A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To realize an ultra high speed operation, by injecting minority carriers from an emitter layer to a base layer and making them receive a filter action in an emitter resonance layer so as to make uniform their high energy. CONSTITUTION:A n<+>GaAs collector layer 2, a P<+>-GaAs base layer 3, an undoped resonance layer 8 comprising three AlAs emitter barrier layers and two GaAs emitter well layers, and a n<->Al0.2Ga0.8As emitter layer 4 are made to grow serially on a n<+>-GaAs substrate 1. An emitter electrode 7 is formed by evaporating AuGe/Au on a surface of the emitter layer 4 and then by alloying. A base electrode 6 is formed by etching/removing the emitter layer 4 and the emitter resonance layer 8 which are on the base electrode part, and next by evaporation of AuZn/Au. A collector electrode 5 is made of In. In a hetero junction bipolar transistor HBT formed by this manufacturing method, 30 ps is obtained as a delay time per one stage of transistor. Hence, a base delay time is much decreased so that an ultra high speed operation can be realized.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は高速動作が可能な半導体装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a semiconductor device capable of high-speed operation.

(従来の技術) 高速動作が可能と考えられている能動半導体装置の1つ
に広い禁止帯幅のエミッタ(WGE)を有する一\テロ
接合・バイポーラ・トランジスタ(HBT’)がある。
(Prior Art) One of the active semiconductor devices considered to be capable of high-speed operation is a terojunction bipolar transistor (HBT') having a wide bandgap emitter (WGE).

例えば、アスベ・ツク(Asbeck)らによりインタ
ーナショナル・エレンI・ロン・デバイス・ミーティン
・グ(IEDM、テクニカル・ダイジェ、スト。
For example, International Ellen I. Ron Device Meeting (IEDM, Technical Digest, St.) by Asbeck et al.

629ページ、1981年)において、HB’rの試作
が報告されている。このデバイスは、 (1)エミッタ注入効率を劣化させることなくペース抵
抗を大幅に低減しベース幅を狭くし得る。
629 pages, 1981), a prototype of HB'r was reported. This device: (1) can significantly reduce the pace resistance and narrow the base width without degrading the emitter injection efficiency;

(21エミッタ領域の不純物濃度を低減し得るためエミ
ッタ・ベース間容量を小さくできる。
(21) Since the impurity concentration in the emitter region can be reduced, the emitter-base capacitance can be reduced.

という利点を有するため、ホモ接合だけからなる通常の
バイポーラトランジスタ以上に高速動作に適している。
Because of this advantage, it is more suitable for high-speed operation than ordinary bipolar transistors made only of homojunctions.

第6図に従来構造のバイポーラ・トランジスタの模式的
断面図を示す。第6図において、1は半導体基板、2は
一導電型を有し第1の半導体からなるコレクタ層、3は
コレクタ層2と異なる導電型を有し第1の半導体からな
るベース層、4はコレクタ層2と同一導電型を有しコレ
クタ層2およびベース層3より禁IF帯幅が広い第2の
半導体からなるエミッタ層、5は基板1およびコレクタ
層2とオーミック接触を形成するコレクタ電極、6はベ
ース3とオーミック接触を形成するベース電極、7はエ
ミッタ層4とオーミック接触を形成するエミッタ電極で
ある。
FIG. 6 shows a schematic cross-sectional view of a bipolar transistor with a conventional structure. In FIG. 6, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a collector layer having one conductivity type and made of a first semiconductor, 3 is a base layer having a conductivity type different from collector layer 2 and is made of a first semiconductor, and 4 is a collector layer made of a first semiconductor. an emitter layer made of a second semiconductor having the same conductivity type as the collector layer 2 and having a wider forbidden IF band width than the collector layer 2 and the base layer 3; 5 a collector electrode forming ohmic contact with the substrate 1 and the collector layer 2; 6 is a base electrode that forms ohmic contact with the base 3, and 7 is an emitter electrode that forms ohmic contact with the emitter layer 4.

この従来構造の動作を、半導体基板1としてドナー濃度
がI X 1018c+m−’程度のn”−GaAs、
コレクタ層2としてドナー濃度がI X 10”C1)
−’程度のn−−GaAs 、ベース層3としてアクセ
プタ濃度が1 X 1019cm−3程度のp”−Ga
As、エミッタ層4としてドナー濃度が5 X 10 
”c+s−3程度のn−八L0.2GaO,RASを用
い、このバンド構造を示す第7図を用いて説明する。
The operation of this conventional structure is performed using n''-GaAs with a donor concentration of approximately I x 1018c+m-' as the semiconductor substrate 1;
Donor concentration as collector layer 2 is I x 10”C1)
n--GaAs with an acceptor concentration of about -', and p''-Ga with an acceptor concentration of about 1 x 1019 cm-3 as the base layer 3.
As, emitter layer 4 with donor concentration of 5 x 10
This will be explained using FIG. 7, which shows this band structure, using n-8L0.2GaO, RAS of about c+s-3.

第7図は第6図のエミッタ層4、ベース層3、コレクタ
層2にわたる模式的なバンド構造を示したものである。
FIG. 7 schematically shows a band structure spanning the emitter layer 4, base layer 3, and collector layer 2 shown in FIG.

第7図においてEcは伝導帯幅、Evは充満帯幅、Ef
はフェルミ準位、Webはエミッタ・ベース間の電圧、
Vbcはベース・コレクタ間の電圧である。
In Figure 7, Ec is the conduction band width, Ev is the filling band width, and Ef
is the Fermi level, Web is the emitter-base voltage,
Vbc is the voltage between base and collector.

エミッタ・ベース間にはVebの順方向バイアスをし、
ベース・コレクタ間にはVbcの逆方向バイアスをする
と、エミッタからベースへ電子が拡散により注入され、
この電子の大部分はベース層を拡散でコレクタ側へ移動
し、ベース・コレクタ間の空乏層における強い電界で加
速されてコレクタに達する。エミッタからベースへの電
子の注入量はWebにより変化するため、コレクタ電流
がベース電圧により制御される。通常のホモ接合のみを
有するバイポーラ・トランジスタでは、エミ・ツタから
ベースに電子を注入する際、ベースからエミッタへ正孔
が注入されるため、エミッタ注入効率(エミッタ電流の
うちの電子電流の割合)が低下する。しかし、HBTで
はエミッタとベースとの間にA Q 1).2Ga08
As/GaAsヘテロ界面が存在するため、ベース側か
らエミッタ側を見ると正孔に対し 100meV程度の
障壁が存在し、ベースからエミ・ツタへの正孔の注入は
抑制される。したがって、エミッタ注入効率を低下させ
ることなくベースの正孔濃度を高めてエミッタ電子濃度
をある程度低く抑えることができる。その結果、ベース
抵抗が小さく、エミッタ・ベース間容量が小さく、ベー
ス幅が狭い高速動作に適した構造にすることができる。
A forward bias of Veb is applied between the emitter and the base,
When a reverse bias of Vbc is applied between the base and collector, electrons are injected from the emitter to the base by diffusion.
Most of these electrons diffuse through the base layer and move toward the collector, are accelerated by the strong electric field in the depletion layer between the base and collector, and reach the collector. Since the amount of electrons injected from the emitter to the base varies depending on the web, the collector current is controlled by the base voltage. In a bipolar transistor that has only a normal homojunction, when electrons are injected from the emitter to the base, holes are injected from the base to the emitter, so the emitter injection efficiency (ratio of electron current to emitter current) decreases. However, in HBT, there is A Q 1) between the emitter and base. 2Ga08
Because of the presence of the As/GaAs heterointerface, there is a barrier of about 100 meV against holes when looking from the base side to the emitter side, and the injection of holes from the base to the emitter vines is suppressed. Therefore, the hole concentration in the base can be increased and the emitter electron concentration can be kept low to some extent without reducing the emitter injection efficiency. As a result, a structure suitable for high-speed operation with low base resistance, low emitter-base capacitance, and narrow base width can be obtained.

〈発明が解決しようとする問題点) しかし、従来のHBTでは前述の利点を有しているのに
かかわらず、まだ高速化を阻害する要素を3んでいるた
め、充分な高速化は達成されていない。高速化を阻害す
る要素の1つに、ベースの構造によるものがある。高濃
度の不純物を含有している結果、不純物散乱による小数
キャリア移動速度の低下や、再結合中心の増加による小
数キャリアライフタイムの減少をまねいている。また、
ベース内を小数キャリアは拡散で移動するため、温度の
゛低下と共にベース走行時間が増大し、低温における動
作速度は遅い。
(Problems to be solved by the invention) However, although the conventional HBT has the above-mentioned advantages, sufficient speed-up has not been achieved because there are still elements that hinder speed-up. do not have. One of the factors that hinders speeding up is the structure of the base. As a result of containing a high concentration of impurities, the migration speed of minority carriers decreases due to impurity scattering, and the lifetime of minority carriers decreases due to an increase in recombination centers. Also,
Since minority carriers move within the base by diffusion, the base transit time increases as the temperature decreases, and the operating speed at low temperatures is slow.

本発明の目的は、従来の)IBTの欠点を除去し、超高
速動作が可能な半導体装置を提供することにある。
An object of the present invention is to eliminate the drawbacks of conventional IBTs and to provide a semiconductor device capable of ultra-high-speed operation.

(問題を解決するための手段) 本発明の半導体装置は、一導電型を有する半導体からな
るコレクタ層と、該コレクタ層と異なる導電型を有する
半導体からなるベース層と、キャリアがトンネル効果で
抜けられる厚さのエミッタバリア層とキャリアのドブロ
イ波長以下の厚さのエミ・ツタウェル層との積層構造を
有する高純度のエミッタ共鳴層と、前記コレクタ層と同
一導電型を有し前記ベース層よりも禁止帯幅の大きな半
導体からなるエミッタ層とを積層した構造を有すること
を特徴とする。このとき、エミ・ツタ層がn型半導体で
ある場合はエミッタバリア層の伝導帯端エネルギーがエ
ミッタウェル層およびベース層の伝導帯端エネルギーよ
りも高く、エミッタ層がP型半導体である場合はエミッ
タバリア層の充満帯端エネルギーがエミッタウェル層お
よびベース層の充満帯端エネルギーよりも低くなってい
る。
(Means for Solving the Problem) The semiconductor device of the present invention has a collector layer made of a semiconductor having one conductivity type, a base layer made of a semiconductor having a conductivity type different from the collector layer, and carriers escape through the tunneling effect. a high-purity emitter resonance layer having a laminated structure of an emitter barrier layer with a thickness of It is characterized by having a structure in which an emitter layer made of a semiconductor with a large forbidden band width is stacked. At this time, when the emitter layer is an n-type semiconductor, the conduction band edge energy of the emitter barrier layer is higher than the conduction band edge energy of the emitter well layer and the base layer, and when the emitter layer is a p-type semiconductor, the emitter barrier layer has a higher conduction band edge energy than the emitter well layer and the base layer. The band edge energy of the barrier layer is lower than the band edge energies of the emitter well layer and the base layer.

(作用) 本発明の半導体装置においては、エミッタ層からベース
層へ注入される小数キャリアは、エミッタ共鳴層中でフ
ィルタ作用を受けて高エネルギーでエネルギーがそろっ
ているため、高速でベース層を通過するため、超高速動
作が可能となる。また、エミッタ共鳴層による負性抵抗
を利用し、機能デバイスと・して用いることも可能とな
る。
(Function) In the semiconductor device of the present invention, the minority carriers injected from the emitter layer to the base layer pass through the base layer at high speed because they are filtered in the emitter resonance layer and have uniform energy. This enables ultra-high-speed operation. Furthermore, by utilizing the negative resistance of the emitter resonance layer, it is also possible to use it as a functional device.

(実施例) 以下、本発明について実施例を示す図面を参照して詳細
に説明する。
(Examples) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to drawings showing examples.

第1図は本発明の第1の実施例を示す模式的断面図であ
る。第1図において第6図と同じ番号のものは第6図と
同等物で同一機能を果すものである。8はエミッタバリ
ア層21とエミッタウェル層22との積層構造からなる
高純度のエミ・ツタ共鳴層である。第1の実施例の各層
の例としては、エミッタ共鳴層8を3つのアンドープで
厚さが40λの^flAsエミッタバリア層21と2つ
のアンドープで厚さ 20λのGaAsエミッタウェル
層22とからなるものとし、その他は前述の従来例と同
じにしたものがある。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first embodiment of the present invention. Components in FIG. 1 with the same numbers as in FIG. 6 are equivalent to those in FIG. 6 and perform the same functions. Reference numeral 8 denotes a high-purity emitter/vine resonance layer having a laminated structure of an emitter barrier layer 21 and an emitter well layer 22. As an example of each layer in the first embodiment, the emitter resonance layer 8 is made up of three undoped flAs emitter barrier layers 21 with a thickness of 40λ and two undoped GaAs emitter well layers 22 with a thickness of 20λ. However, the rest is the same as the conventional example described above.

この第1の実施例の動作で従来例と異なるところを前述
の材料を用い、このバンド構造を示す第2図を用いて説
明する。
The difference in operation of this first embodiment from the conventional example will be explained using the above-mentioned materials and using FIG. 2 showing the band structure.

第2図は第1図のエミッタ層4、エミッタ共鳴層8、ベ
ース層3、コレクタ層2にわたる模式的なバンド構造を
示したものである。ΔEcebはエミッタ共鳴層8内の
共鳴準位とベース層3の伝導帯端エネルギーとの差、Δ
Eceeはエミッタ共鳴層内の共鳴準位とエミッタ層4
の伝導帯端エネルギーとの差である。エミッタ共鳴層内
においては、共鳴準位のエネルギーを持つ電子は透過で
きるが、その他は透過できない。
FIG. 2 shows a schematic band structure spanning the emitter layer 4, emitter resonance layer 8, base layer 3, and collector layer 2 shown in FIG. ΔEceb is the difference between the resonance level in the emitter resonance layer 8 and the conduction band edge energy of the base layer 3, Δ
Ecee is the resonance level in the emitter resonance layer and the emitter layer 4
is the difference between the conduction band edge energy and the conduction band edge energy. In the emitter resonance layer, electrons with energy at the resonance level can pass through, but other electrons cannot.

エミッタ・ベース間に順方向電圧Webを印加すると、
電子は拡散によりエミッタからベースへ流れようとする
。しかし、 Vebが小さいうちはΔEceeのバリア
が存在するために注入は起こらない、 Webが充分大
きくなって、ΔEceeが小さくなると、はじめて電子
がベースへ流入されるようになる。このベースに注入さ
れた電子はΔEceb以上のエネルギーを持っているた
め、ベース中をホットエレクトロンとして高速で抜ける
ことができる。従来構造においてもエミッタ・ベース間
のスパイクの存在により電子は余分のエネルギーを持っ
て注入されていたが、電子はこのスパイクをVebが小
さい時でも容易にトンネル効果でぬけることができ、大
きなエネルギーを有するホットエレクトロンとはなり得
なかった。
When a forward voltage Web is applied between the emitter and base,
Electrons tend to flow from the emitter to the base by diffusion. However, while Veb is small, injection does not occur due to the existence of a barrier of ΔEcee. When Web becomes sufficiently large and ΔEcee becomes small, electrons begin to flow into the base. Since the electrons injected into the base have energy greater than ΔEceb, they can escape through the base at high speed as hot electrons. Even in conventional structures, electrons are injected with extra energy due to the presence of spikes between the emitter and base, but electrons can easily pass through these spikes through the tunnel effect even when Veb is small, resulting in a large amount of energy. It could not be a hot electron.

さて、本発明の構造では、エミッタから注入された電子
はほとんどがホット化しているため(伝導帯端よりも高
いエネルギー位置にある)、再結合中心への捕獲確率が
減り、少数キャリアライフタイムの減少も抑えられる。
Now, in the structure of the present invention, most of the electrons injected from the emitter are hot (at an energy position higher than the conduction band edge), so the probability of capture to the recombination center is reduced, and the minority carrier lifetime is The decrease can also be suppressed.

以−F述べたように、本発明の構造によれば、ベースの
不純物濃度が高いのにもかかわらず、ベース走行時間を
短縮し、小数キャリアライフタイムの減少を抑制できる
。その結果、高い電流増幅率を有し、超高速動作が可能
となる。
As described above, according to the structure of the present invention, even though the impurity concentration of the base is high, the base transit time can be shortened and the decrease in the minority carrier lifetime can be suppressed. As a result, it has a high current amplification factor and can operate at ultra high speed.

さて、ΔEceeが負になるようにWebを大きくする
と、電子は共鳴準位を通しての移動が再びできなくなる
。この結果、ベース電流およびコレクタ電流が減少し、
負性抵抗が現われる。したがって、高速化とは別に例え
ば1つのトランジスタで排他的非論理和(XNOR)の
機能を有する機能デバーfスとしても使用可能である。
Now, if Web is increased so that ΔEcee becomes negative, electrons will no longer be able to move through the resonance level. As a result, the base and collector currents decrease,
Negative resistance appears. Therefore, in addition to increasing the speed, it can also be used as a functional debugger having an exclusive non-OR (XNOR) function using one transistor, for example.

次に、前述した第1の実施例の製造方法について説明す
る。結晶成長方法としてはM[]E (Mo1ecuf
ar Beam Epitaxy)を用い、n”−Ga
As基板上1に厚さ0.5μmでドナー濃度がlXl0
”cmづのn−GaAsコレクタ層2、厚さ500λで
アクセプタ濃度が2 X 10”cm−3のP”−Ga
A5ベース層3.3つの40λ゛ALAs工ミツタバリ
ア層と2つの20λGaAs工ミツタウエル層とからな
る−厚さ160人のアンドーブエミッ夕共鳴層8、ドナ
ー濃度が5 X 10”cLl−3で厚さ0.5,4c
rnのn−^Q 1)、 2 Gag、 gAsエミッ
タ層4を順次成長した。エミッタ電極7はエミッタ層4
表面にAuGe/Auを蒸着後アロイして形成し、ベー
ス電極6はベース電極部のエミッタ層4およびエミッタ
共鳴層8をエツチングで除去しA u Z n / A
 +1を蒸着して形成した。コレクタ電極5はInとし
た。この製咋方法によるHBTにおいて、トランジスタ
1段当りの遅延時間として30ρSが得られた。
Next, a manufacturing method of the first embodiment described above will be explained. The crystal growth method is M[]E (Mo1ecuf
ar Beam Epitaxy), n”-Ga
On the As substrate 1 with a thickness of 0.5 μm and a donor concentration of lXl0
"cm" n-GaAs collector layer 2, P"-Ga with a thickness of 500 λ and an acceptor concentration of 2 x 10" cm
A5 base layer 3. Consisting of three 40λ'' ALAs barrier layers and two 20λ GaAs engineered barrier layers - 160 nm thick anddove emitter resonant layer 8, donor concentration 5 x 10" cLl-3 and thickness 0. 5,4c
n-^Q 1), 2 Gag, and gAs emitter layers 4 of rn were sequentially grown. Emitter electrode 7 is emitter layer 4
AuGe/Au is deposited and then alloyed on the surface, and the base electrode 6 is formed by removing the emitter layer 4 and emitter resonance layer 8 in the base electrode part by etching.
+1 was formed by vapor deposition. The collector electrode 5 was made of In. In the HBT manufactured by this manufacturing method, a delay time of 30 ρS per transistor stage was obtained.

第3図は本発明の第2の実施例の模式的なバンド構造図
である。第3図において第2図と同じ番号のものは第2
図と同等物で同一機能を果すものである。9はコレクタ
層側がら禁止帯幅がエミッタ層側にかけて徐々に広がっ
ているグレーディッドベース層である。
FIG. 3 is a schematic diagram of the band structure of the second embodiment of the present invention. In Figure 3, items with the same numbers as in Figure 2 are
It is equivalent to a diagram and performs the same function. 9 is a graded base layer in which the forbidden band width gradually widens from the collector layer side to the emitter layer side.

この第2の実施例の動作はほとんど第1の実施例と同じ
であるが、グレーディッドベースの採用によりさらに高
速動作が可能となっている。
The operation of this second embodiment is almost the same as that of the first embodiment, but the adoption of a graded base allows for even higher speed operation.

このグレーディッドベース層9はP型であるなめ、この
禁止帯の差は伝導帯のエネルギーの差として現われる。
Since the graded base layer 9 is of P type, the difference in the forbidden band appears as a difference in the energy of the conduction band.

したがって、電子に対しては禁止帯幅の差に対応するポ
テンシャル差が存在することになり、電子はベース内で
内部電界による加速を受ける。先の材料でグレーディッ
ドベース層9がP”−GaAsからP”−A Q O,
1caO,gAsまで変わっているとすると、ポテンシ
ャル差が約0.12Vとなる。
Therefore, for electrons, there is a potential difference corresponding to the difference in forbidden band width, and the electrons are accelerated by the internal electric field within the base. With the above material, the graded base layer 9 is changed from P”-GaAs to P”-A Q O,
If it changes to 1caO, gAs, the potential difference will be about 0.12V.

また、グレーディッドベース層厚が1000λとすると
12KVの電界がかかることになる。したがって、エミ
ッタ層4からグレーディッドベース層9へ注入される電
子は、まずエミッタ共鳴層8の共鳴準位とグレーディッ
ドベース層8の伝導帯端との差ΔEcee (先の材料
では約0.2V)により加速され、さらにグレーディッ
ドベース中の電界によって加速される。この結果、第1
の実施例によりもベース走行時間が短縮される。
Further, if the thickness of the graded base layer is 1000λ, an electric field of 12 KV will be applied. Therefore, electrons injected from the emitter layer 4 to the graded base layer 9 are first affected by the difference ΔEcee between the resonance level of the emitter resonance layer 8 and the conduction band edge of the graded base layer 8 (approximately 0.2V for the above material). ) and further accelerated by the electric field in the graded base. As a result, the first
The base running time is also shortened by this embodiment.

グレーディッドベース層9として厚さ500λでコレク
タ層側からエミッタバリア層側にがけてGaAsから^
見。、 IGag、 gAsに徐々に変化しているP’
−AQXGal−gAs (P=2 X 1019C1
l−’)を用い、他は第1の実施例と同様にしたHBT
を作製した結果、トランジスタ1段当りの遅延時間とし
て25psが得られた。
The graded base layer 9 is made of GaAs with a thickness of 500λ from the collector layer side to the emitter barrier layer side.
look. , IGag, P' gradually changing to gAs
-AQXGal-gAs (P=2 X 1019C1
1-'), and the rest was the same as in the first embodiment.
As a result, a delay time of 25 ps was obtained per transistor stage.

以上述べた本発明の第1および第2の実施例ではnpn
型のHOTについてしか示さなかったが、本発明は半導
体の導電型を反対にしたpnp型のものに対しても同様
に適用できることは明らかである。
In the first and second embodiments of the present invention described above, npn
Although only a type of HOT is shown, it is clear that the present invention is equally applicable to a pnp type semiconductor having the opposite conductivity type.

第4図は本発明の第3の実施例の模式的なバンド構造図
であり、第1の実施例の導電型を逆にしたものである。
FIG. 4 is a schematic band structure diagram of a third embodiment of the present invention, in which the conductivity type of the first embodiment is reversed.

第4図において、第2図と同じ番号のものは導電型が逆
の材料を示す。ΔEvebはベース層3とエミッタ共鳴
層8、ΔEveeはエミッタ共鳴層8とエミッタ層4と
の間の充満帯端エネルギーの差である。本実施例の動作
は、キャリアが正孔であることが異なるだけで他は第1
の実施例と同様である。導電型を逆にした第1の実施例
と同じ材料、構造を用いて35psの遅延時間が得られ
た。
In FIG. 4, the same numbers as in FIG. 2 indicate materials with opposite conductivity types. ΔEveb is the difference in filling band edge energy between the base layer 3 and the emitter resonance layer 8, and ΔEvee is the difference in filling band edge energy between the emitter resonance layer 8 and the emitter layer 4. The operation of this embodiment differs only in that the carriers are holes.
This is similar to the embodiment. A delay time of 35 ps was obtained using the same materials and structure as in the first embodiment with the conductivity type reversed.

第5図は本発明の第4の実施例の模式的なバンド構造図
であり、第2の実施例の導電型を逆にしたものである。
FIG. 5 is a schematic band structure diagram of a fourth embodiment of the present invention, in which the conductivity type of the second embodiment is reversed.

導電型を逆にした第2の実施例と同じ材料、構造を用い
て30psの遅延時間が得られた。
A delay time of 30 ps was obtained using the same materials and structure as in the second example in which the conductivity type was reversed.

以上述べたように、本発明はnpnおよびpnp型のH
BTに適用できることが明らかである。エミッタ層4と
し、ては禁止帯幅が一定なものしか示さなかったが、エ
ミッタバリア層側から徐々に大きくなっているグレーデ
ィッドエミッタでも良い。まなコレクタ層も禁止帯幅が
ベース層3より大きくても良い。エミ・ツタ共鳴層とし
ては3重バリアのものしか示さなかったが、2重バリア
や4重バリア以上のものでも良い。素子構造としては、
メサ型だけでなくイオン注入や再成長を用いたプレーナ
型のものでも良く、また各層の成長順序が逆で表面側に
コレクタ層が形成されているものもかまわない。また各
層の成長は、MBE法しが示さながったが、MOCVD
 (Metal Organic Chemical 
VaporDeposition) 、気相成長法、液
相成長法など他の成長法でも良い。
As described above, the present invention provides npn and pnp type H
It is clear that it can be applied to BT. Although the emitter layer 4 has only a constant forbidden band width, it may be a graded emitter that gradually increases in width from the emitter barrier layer side. The forbidden width of the collector layer may also be larger than that of the base layer 3. Although only a triple barrier layer is shown as the Emi-ivy resonance layer, a double barrier layer, a quadruple barrier layer or more may be used. As for the element structure,
In addition to the mesa type, it may be a planar type using ion implantation or regrowth, or it may be a type in which the growth order of each layer is reversed and the collector layer is formed on the surface side. In addition, the growth of each layer was shown to be by MBE method, but by MOCVD method.
(Metal Organic Chemical
Other growth methods such as VaporDeposition, vapor phase growth, and liquid phase growth may also be used.

半導体としてはGaAs/A Q GaAs系しが示さ
なかったが、同様にGaAsを用いたGaAs/ In
GaAsP/ I nGaP系や、電子飽和速度がGa
Asよりも大きな1nGaAsを用いたInGaAs/
InGaA Q As/InA Q As系、InGa
As/ InGaAsP/ InP系や、GaSb/A
 Q GaSb/Au5b系等のI−V化合物半導体、
Ge/5iGe/Si系等の元素半導体、CdTe/C
dZnTe/ZnTe系等の■−■化合物半導体および
、その他の各種半導体でも本発明が適用できることは明
らかである。また、上に示した材料はほぼ格子定数が一
致している組み合せであるが、格子定数が異なっていて
歪が入っている材料(例えばInGaAs/InA Q
 GaAs/A Q GaAs系)にも本発明は適用で
きる。
As a semiconductor, GaAs/A Q GaAs system was not shown, but GaAs/In using GaAs similarly
GaAsP/InGaP system and electron saturation velocity
InGaAs/using 1nGaAs which is larger than As
InGaA Q As/InA Q As system, InGa
As/InGaAsP/InP system, GaSb/A
Q I-V compound semiconductors such as GaSb/Au5b,
Elemental semiconductors such as Ge/5iGe/Si, CdTe/C
It is clear that the present invention can also be applied to 1-2 compound semiconductors such as dZnTe/ZnTe series and other various semiconductors. In addition, the materials shown above are combinations with almost the same lattice constant, but materials with different lattice constants and distortion (for example, InGaAs/InA Q
The present invention is also applicable to GaAs/A Q GaAs system).

(発明の効果) 本発明の半導体装置によりベース遅延時間が大幅に減少
し、超高速動作が可能となる。
(Effects of the Invention) The semiconductor device of the present invention significantly reduces the base delay time and enables ultra high-speed operation.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例の模式的断面図、第2図
はそのバンド構造図、第3図〜第5図は第2〜第4の実
施例のバンド構造図、第6図は従来のへテロ接合バイポ
ーラ・トランジスタの模式的断面図、第7図はそのバン
ド構造図である。 1・・・半導体基板 2・・・コレクタ層 3・・・ベース層 4・・・エミッタ層 5・・・コレクタ電極 6・・・ベース電極 7・・・エミッタ電極 8・・・エミッタ共鳴層 9・・・プレーディラドベース層 Ec・・・伝導帯端 Ev・・・充満帯端 Ef・・・フェルミ準位 Web・・・エミッタ・ベース間電圧 Vbc・・・ベース・コレクタ間電圧 ΔEb・・・グレーディッドベース層内の禁止帯幅差Δ
Eceb・・・エミッタ共鳴層中の共鳴準位とベースの
伝導帯端との差 ΔEcee・・・エミッタ共鳴層中の共鳴準位とエミッ
タの伝導帯端との差 ΔEveb・・・エミッタ共鳴層中の共鳴準位とベース
の充満帯端との差 ΔEvee・・・エミッタ共鳴層中の共鳴準位とエミッ
第1図 第2図 第3図 第5図
FIG. 1 is a schematic sectional view of the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a band structure diagram thereof, FIGS. 3 to 5 are band structure diagrams of second to fourth embodiments, and FIG. The figure is a schematic cross-sectional view of a conventional heterojunction bipolar transistor, and FIG. 7 is a diagram of its band structure. 1...Semiconductor substrate 2...Collector layer 3...Base layer 4...Emitter layer 5...Collector electrode 6...Base electrode 7...Emitter electrode 8...Emitter resonance layer 9 ...Pre-dirad base layer Ec...Conduction band edge Ev...Full band edge Ef...Fermi level Web...Emitter-base voltage Vbc...Base-collector voltage ΔEb... Forbidden band width difference Δ in graded base layer
Eceb...Difference between the resonance level in the emitter resonance layer and the conduction band edge of the base ΔEcee...Difference between the resonance level in the emitter resonance layer and the conduction band edge of the emitter ΔEveb...In the emitter resonance layer Difference ΔEvee between the resonance level of and the edge of the filled band of the base... Resonance level in the emitter resonance layer and emitter Figure 1 Figure 2 Figure 3 Figure 5

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)、一導電型を有する半導体からなるコレクタ層と
、該コレクタ層と異なる導電型を有する半導体からなる
ベース層と、キャリアがトンネル効果で抜けられる厚さ
のエミッタバリア層とキャリアのドブロイ波長以下の厚
さのエミッタウェル層との積層構造を有する高純度のエ
ミッタ共鳴層と、前記コレクタ層と同一導電型を有し前
記ベース層よりも禁止帯幅の大きな半導体からなるエミ
ッタ層とを積層した構造を有することを特徴とする半導
体装置。
(1) A collector layer made of a semiconductor having one conductivity type, a base layer made of a semiconductor having a conductivity type different from the collector layer, an emitter barrier layer having a thickness that allows carriers to escape by tunneling effect, and the de Broglie wavelength of the carriers. A high-purity emitter resonant layer having a laminated structure with an emitter well layer having a thickness of A semiconductor device characterized by having a structure.
(2)、エミッタ層がn型半導体であり、エミッタバリ
ア層の伝導帯端エネルギーがエミッタウェル層およびベ
ース層の伝導帯端エルネギーよりも高い特許請求の範囲
第(1)項記載の半導体装置。
(2) The semiconductor device according to claim (1), wherein the emitter layer is an n-type semiconductor, and the conduction band edge energy of the emitter barrier layer is higher than the conduction band edge energies of the emitter well layer and the base layer.
(3)、エミッタ層がP型半導体であり、エミッタバリ
ア層の充満帯端エネルギーがエミッタウェル層およびベ
ース層の充満帯端エルネギーよりも低い特許請求の範囲
第(1)項記載の半導体装置。
(3) The semiconductor device according to claim (1), wherein the emitter layer is a P-type semiconductor, and the emitter barrier layer has a filling band edge energy lower than that of the emitter well layer and the base layer.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63196073A (en) * 1987-02-10 1988-08-15 Fujitsu Ltd Semiconductor device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61226962A (en) * 1985-03-29 1986-10-08 テキサス インスツルメンツ インコーポレイテツド Semiconductor device

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