JPH02150032A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

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JPH02150032A
JPH02150032A JP63304388A JP30438888A JPH02150032A JP H02150032 A JPH02150032 A JP H02150032A JP 63304388 A JP63304388 A JP 63304388A JP 30438888 A JP30438888 A JP 30438888A JP H02150032 A JPH02150032 A JP H02150032A
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JP
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emitter
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Toru Kimura
亨 木村
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D10/00—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H10D10/80—Heterojunction BJTs
    • H10D10/821—Vertical heterojunction BJTs
    • H10D10/891—Vertical heterojunction BJTs comprising lattice-mismatched active layers, e.g. SiGe strained-layer transistors

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  • 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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は低消費電力、超高速動作のヘテロ接合バイポー
ラトランジスタに関する。
(従来の技術) ベース層を構成する半導体に比べ、広いバンドギャップ
を持った半導体でエミッタを構成するペテロ接合バイポ
ーラトランジスタ(以下HBTと略記)は、たとえばプ
ロシーディング・オブ・ズイ・アイ・イー・イー・イー
(Proceeding of the IEEE)誌
70巻1号13頁〜25頁(1)、応用物理学会誌54
巻11号1192頁〜1197頁(2)に述べられてい
るように超高速動作素子として期待されている。特に第
3図に示すようにエミッタにひ化ガリウム(以下GaA
s、図中ではn型GaAsエミッタ層3)、ベース、コ
レクタにゲルマニウム(以下Ge図中ではそれぞれp型
Geベース層4、n型Geコレクタ層11)を用いたH
BTは、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス
(Journal of AppliedPhysic
s)誌59巻2号495頁〜498頁にあるように、禁
制帯幅が0.66eVと小さく、正孔移動度の大きいG
eをベース層に用いることで低電圧動作、つまり低消費
電力が実現でき、ベース抵抗が低減され、ホウ素(以下
B)のイオン注入(以下I/I)を用いてコレクタに自
己整合した形でエミッタ領域を規定することが可能であ
るため、ベースlコレクタ接合容量が低減でき、超高速
動作が実現すると考えられている。しかしながら禁制帯
幅の小さいGeをベース、コレクタに用いることはベー
ス/コレクタ間耐圧が小さくなること、さらに Ir(X)EXP(−Eg/kT) で表される逆バイアス方向のリーク電流が大きくなると
いう欠点を持つ。また高速動作の為コレクタ電流密度を
上げていくとカーク効果(Kirk Effect)が
起こり、遮断周波数が急激に低下することについては従
来の素子と同じであり高速動作特性を大幅に改善する事
はできない。
(発明が解決しようとする課題) 以上のごと< GaAsをエミッタにGeをベース、コ
レクタに用いたHBTは超高速のデジタル回路に応用し
た場合、ペース/コレクタ間耐圧がないためノーキーな
特性を持つこと、又、コレクタの電流密度が大きくなっ
た時にカーク効果が起こり高速動作特性の大幅な向上に
はつながらない等の欠点を持つ。
本発明の目的はこれらの欠点を除去した新規なヘテロ接
合バイポーラトランジスタを提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、ひ化ガリウム基板上にn型のひ化ガリウム層
、pWのゲルマニウム層、n型のゲルマニウムとケイ素
の混晶層を順次エピタキシャル成長し、それぞれをエミ
ッタ層、ベース層、コレクタ層としたヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタである。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタに於てコレクタ
層を成すゲルマニウムとケイ素の混晶層を、ベースlコ
レクタ界面及びコレクタ電極取りだし端ではコレクタ層
中と比べてゲルマニウムの7昆晶比率が大きいかあるい
はゲルマニウムのみとした構造にするとコレクタ層の結
晶性が改善され、さらにコレクタ抵抗の値も低く押さえ
られる。
(作用) ニー・ジー・ミルネス(A、 G、 Milnes)、
デイ−・エル。
フオイヒト(D、 L、 Feucht)による文献[
ヘテロジャンクションズ・アンド・メタル−セミコンダ
クタジャンク  シ  ョ  ン  ズ  J  (H
eterojunctions and Metal−
8emiconductor Junctions)の
4頁に記述されているように、GeとGaAsは極めて
良質のヘテロ接合を形成する。また同文献9頁に記され
ているようにSiの組成比率が10%以下のケイ素ゲル
マニウム(以下5iGeと略記)はGeとの格子不整合
は1%程度で接合特性は界面の影響を受けないことが知
られている。従ってGaAsをエミッタに、Geをベー
スに、5iGeをコレクタに用いたHBTが実現できる
。例えばフィジカルレビ、−z、 −B(Physic
al Review)誌33巻2号1026頁〜103
5頁にあるように、Siの組成比率が10%の5iGe
(以下Si□、IGe□0g)はGeに比べ禁制帯幅が
0.15eV大きい。上記文献(1)にあるようにコレ
クタをベースに比べ禁制帯幅の大きい材料にすることは
、ベース中の正孔のコレクタ中への侵入を抑える効果が
あるのでカーク効果を抑えるのに非常に有効である。ま
たコレクタに比ベベースを高濃度にドープするためベー
スlコレクタ間にかかる電圧の大部分は禁制帯幅の大き
いコレクタ側にかかるのでアバランチ降伏が起こりにく
く、ベースlコレクタ間耐圧が上がる。さらに禁制帯幅
の大きい半導体では真性キャリア密度が小さいためリー
ク電流も小さい値に押さえられる。このような構造のト
ランジスタは上記文献(1)にエミッタ、コレクタにG
aAs、ベースにGeを使った素子の提案があるが、同
文献中に著述されるようにGe上にGaAsを成長させ
ることはアンタイフェイズドメイン(Antiphas
eDomains)が形成され、良質のGaAsが得ら
れないため高性能トランジスタとしては不向きである。
しかしながらGaAs基板上にGe、その上に5iGe
を成長させる方法はIII/V族半導体上半導族生導体
を成長させる方法であり、■族生導体上にIII/V族
半導体全半導体せるときのようなアンタイフェイズドメ
インの形成に依る結晶性の低下は起こらない。またコレ
クタに5iGe混晶を用いることによりGeを使った場
合に比ベコレクタ耐圧が太きいという利点がある。この
ようにエミッタをGaAs、ベースをGe、コレクタを
5iGeとした構造のHBTはベースlコレクタ耐圧が
十分大きく、遮断周波数の高い素子が実現できる。
さらに、Siに比べGeはショットキー障壁高さが低い
理由から、5iGe中のGe組成比をコレクタ電極部で
大きくすることにより、金属l半導体接合界面でショッ
トキー障壁の高さをより低く抑えることが出来るため、
コレクタ抵抗を低減することができる。
また、コレクタ層中央部に向かってGe組成比が小さく
なり、ベースlコレクタ界面に向かって再びGe組成比
を大きくすることで格子不整合を徐々に緩和することが
出来、結晶性の良質化が図れる。
(実施例) 第1図は請求項1記載のHBTの一実施例を示した断面
図である。半絶縁性GaAs基板1上に高濃度n型Ga
As2、n型GaAs3、p型Ge4、n型5iGe5
、を連続してエピタキシャル成長する。エピタキシャル
成長の方法としては分子線エピタキシャル法を用いる。
次に成長した基板上のコレクタ部、エミッタ部をレジス
トで覆いBのイオン注入を行う。この工程によりベース
電極直下の部分が、p型Ge膜中では高濃度のp型に、
n型GaAs中では高抵抗部となる。
結果、コレクタ領域に自己整合した形でエミッタ領域を
制限できる。その後、CF4ガスによるドライエツチン
グを行いエミッタ面、ベース面を露出させた。エミッタ
電極6はAuGe/Ni/Au、ベース電極7、コレク
タ電極8にAuGeを用いる。第2図は、第1図に示す
HBTにおいてコレクタ層の混晶の組成比を変化させた
請求項2に記載のものである。ベースlコレクタ界面で
はGe100%とし、コレクタ層中央部でGe85%、
5i15%とした後、コレクタ電極端で再びGe100
%に戻している。
(発明の効果) 以上、本発明のHBTに於ては、ベース層にバンドギャ
ップが小さく、正孔移動度が大きく、間接遷移型半導体
のGeを用いた、低消費電力、極めて低いベース抵抗、
大きな電流利得を生かしながら、エミッタをGaAs、
ベースをGe、コレクタを5iGeとした構造のHBT
としたことでベースlコレクタ耐圧が大きく、リーク電
流の小さく、カーク効果が起こりにくく、遮断周波数の
高い素子が実現できる。
また請求項2に記載のHBTに於てはコレクタ中で5i
Ge混晶の組成比を変化させることで、コレクタ層の結
晶性の良質化及びコレクタ抵抗の低減が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の請求項1に記載のHBTの断面構造を
示す図、第2図は請求項2に記載のHBTのコレクタ層
の5iGe混晶の組成の例を示す図である。第3図は従
来例によるGaAs/Ge HBTの断面構造図である
。 図に於て、 1・・・半絶縁性GaAs基板、 2・・・高濃度n型GaAs層、3・・・n型GaAs
層、4−・−p型Ge層、5・・・n型5iGe層、6
11.エミッタ電極、7・・・ベース電極、8・・・コ
レクタ電極、9・・・絶縁層、10・・・外部ベース領
域、11・・・n型Ge層である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)ひ化ガリウム基板上にn型のひ化ガリウム層、p
    型のゲルマニウム層、n型のゲルマニウムとケイ素の混
    晶層を順次エピタキシャル成長し、それぞれをエミッタ
    層、ベース層、コレクタ層としたヘテロ接合バイポーラ
    トランジスタ。
  2. (2)請求項1に記載のヘテロ接合バイポーラトランジ
    スタにおいて、コレクタ層を成すゲルマニウムとケイ素
    の混晶層を、ベース/コレクタ界面及びコレクタ電極取
    りだし端ではコレクタ層中と比べて、ゲルマニウムの混
    晶比率が大きいかあるいはゲルマニウムのみとした構造
    のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
JP63304388A 1988-11-30 1988-11-30 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ Expired - Lifetime JP2806537B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04267529A (ja) * 1991-02-22 1992-09-24 Nec Corp コレクタトップ型ヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造方法
US5183778A (en) * 1989-11-20 1993-02-02 Fujitsu Limited Method of producing a semiconductor device
US5667875A (en) * 1994-07-11 1997-09-16 Usui Kokusai Sangyo Kabushiki Kaisha, Ltd. Exhaust gas cleaning metallic substrate
US7157749B2 (en) 2004-02-16 2007-01-02 Kabushiki Kaisha Toshiba Bipolar transistor with a GaAs substrate and a SiGe base or collector
JP2024500305A (ja) * 2020-12-11 2024-01-09 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 垂直集積抵抗器付きバイポーラ接合型トランジスタ

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JP2024500305A (ja) * 2020-12-11 2024-01-09 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション 垂直集積抵抗器付きバイポーラ接合型トランジスタ

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JP2806537B2 (ja) 1998-09-30

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