JPH03108723A - 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Info
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- JPH03108723A JPH03108723A JP1145755A JP14575589A JPH03108723A JP H03108723 A JPH03108723 A JP H03108723A JP 1145755 A JP1145755 A JP 1145755A JP 14575589 A JP14575589 A JP 14575589A JP H03108723 A JPH03108723 A JP H03108723A
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- bipolar transistor
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- emitter
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタに係り、
特にそのベース構造に関する。
特にそのベース構造に関する。
(従来の技術)
エミッタ領域をベース領域よりもバンドギャップの大き
い半導体材料で構成するヘテロ接合バイポーラトランジ
スタは、ホモ接合トランジスタに比べ、高周波数特性、
スイッチング特性に優れており、マイクロ波用トランジ
スタあるいは高周波数州トランジスタとして広く研究が
進められている。
い半導体材料で構成するヘテロ接合バイポーラトランジ
スタは、ホモ接合トランジスタに比べ、高周波数特性、
スイッチング特性に優れており、マイクロ波用トランジ
スタあるいは高周波数州トランジスタとして広く研究が
進められている。
特に、半導体材料として、゛砒化ガリウム(′GaAs
)や砒化ガリウムアルミニウム(GaAIAs)を用い
たヘテロ接合バイポーラトランジスタは、キャリアの易
動度がシリコン(Sj)よりも大きいことから、超高速
素子として有望視されている。
)や砒化ガリウムアルミニウム(GaAIAs)を用い
たヘテロ接合バイポーラトランジスタは、キャリアの易
動度がシリコン(Sj)よりも大きいことから、超高速
素子として有望視されている。
しかしながら、GaAsやGaAlAsはSjに比べて
高価な上、脆いため、これらの材料を用いたヘテロ接合
バイポーラトランジスタはSjを用いたものに比べ大量
生産には適さない。
高価な上、脆いため、これらの材料を用いたヘテロ接合
バイポーラトランジスタはSjを用いたものに比べ大量
生産には適さない。
このような状況から、Siの上にシリコンゲルマニウム
(SiGe)をベース層に、又、炭化シ−XX リコン(Si C)をエミッタ層に用いたシリ−X
X コンヘテロ接合バイポーラトランジスタの試作例の報告
が最近なされている。
(SiGe)をベース層に、又、炭化シ−XX リコン(Si C)をエミッタ層に用いたシリ−X
X コンヘテロ接合バイポーラトランジスタの試作例の報告
が最近なされている。
ところが、Slとこの上層にヘテロ接合をなすように成
長させるSi化合物との格子定数がある程度以上異なる
と、超高速素子として用いる際に好ましくない格子不整
合や転移、欠陥等が生じ易いという問題がある。
長させるSi化合物との格子定数がある程度以上異なる
と、超高速素子として用いる際に好ましくない格子不整
合や転移、欠陥等が生じ易いという問題がある。
そこで、成長する各原子の結合にストレインを持たせ、
格子定数を合わせてヘテロ接合界面上に転移、欠陥等を
生じさせないように半導体層を成長させる工夫がなされ
ている。
格子定数を合わせてヘテロ接合界面上に転移、欠陥等を
生じさせないように半導体層を成長させる工夫がなされ
ている。
しかしながら、このようにして成長さぜるIへ導体層に
は、転移、欠陥を生じさせることなく成長可能な層の厚
さに限界があり、また、格子定数の違いが大きいほど、
このように成長する各原子の結合にストレインを持たせ
て成長できる層の厚さは小さくなるという指摘がなされ
ている。
は、転移、欠陥を生じさせることなく成長可能な層の厚
さに限界があり、また、格子定数の違いが大きいほど、
このように成長する各原子の結合にストレインを持たせ
て成長できる層の厚さは小さくなるという指摘がなされ
ている。
ところで、一般にベース抵抗は、ベース層の厚さに反比
例するため、上述のようにヘテロ接合成長させた層をベ
ース層として用いる場合、ある程度の層の厚さがないと
、ベース抵抗か大きくなりトランジスタを高速動作させ
るには好ましくない。
例するため、上述のようにヘテロ接合成長させた層をベ
ース層として用いる場合、ある程度の層の厚さがないと
、ベース抵抗か大きくなりトランジスタを高速動作させ
るには好ましくない。
例えば、第8図に示すようなSi/Si Ge
/−XX Si系のnpn型トランジスタについて考察してみる。
/−XX Si系のnpn型トランジスタについて考察してみる。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第8図に示
すように、半絶縁性のSi基板101の表面に、コレク
タコンタクト層としてのn生型81層102、コレクタ
層としてのn−型Si層103、ベース層としてのp型
Slo、s Geo、2層]04、エミッタ層としての
n−型Si層106、エミッタキャップ層としてのn子
種りt層107が順次エピタキシャル成長せしめられて
なるもので、メサエッチングにより電極とりだしを行い
、各層に対してコレクタ電極123、ベース電極]22
、エミッタ電極121が形成されている。ここで111
は酸化シリコン膜である。
すように、半絶縁性のSi基板101の表面に、コレク
タコンタクト層としてのn生型81層102、コレクタ
層としてのn−型Si層103、ベース層としてのp型
Slo、s Geo、2層]04、エミッタ層としての
n−型Si層106、エミッタキャップ層としてのn子
種りt層107が順次エピタキシャル成長せしめられて
なるもので、メサエッチングにより電極とりだしを行い
、各層に対してコレクタ電極123、ベース電極]22
、エミッタ電極121が形成されている。ここで111
は酸化シリコン膜である。
つまり、エミッタ領域が、Si、ベース領域がSiより
もバンドギャップの小さいSi Ge の混晶−
XX からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合、G
eの占める割合が大きいほど、ベース層を厚く形成する
のは困難であり、高抵抗となるためベース層としては好
ましくない。
もバンドギャップの小さいSi Ge の混晶−
XX からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタの場合、G
eの占める割合が大きいほど、ベース層を厚く形成する
のは困難であり、高抵抗となるためベース層としては好
ましくない。
一方、ヘテロ接合バイポーラトランジスタとしての作用
は、ヘテロ接合を構成する異種の半導体材料のバンドギ
ャップの差が大きいはと、エミッタ注入効率を上げるこ
とができるため、超高速素子として適している。これは
上述のへゾロ接合バイポーラトランジスタについていえ
ば、GOの占める割合が大きいほど、ベース層としては
好ましいことになる。
は、ヘテロ接合を構成する異種の半導体材料のバンドギ
ャップの差が大きいはと、エミッタ注入効率を上げるこ
とができるため、超高速素子として適している。これは
上述のへゾロ接合バイポーラトランジスタについていえ
ば、GOの占める割合が大きいほど、ベース層としては
好ましいことになる。
このように、2つの相反する制約のために、ヘテロ接合
バイポーラトランジスタの高速性を十分に発揮できない
という問題があった。
バイポーラトランジスタの高速性を十分に発揮できない
という問題があった。
しかしながら、第9図に一例を示すように、半絶縁性の
GaAs基板20]の表面に、コレクタコンタクト層と
してのn生型GaAs層202、コレクタ層としてのn
−型GaAs層203、ベース層としてのp−型AlG
aAs層2041およびp生型l−X AlGaAs層2042 エミッタ層としてのl−X n−型AlGaAs層205、エミッタキャップI−X 層としてのn十型GaAs層206が順次エピタキシャ
ル成長せしめられてなるもので、メサエッチングにより
電極とりたしを行い、各層に対してコレクタ電極209
、ベース電極208、エミッタ電極207が形成された
ものか提案されている(特開昭63−47974号公報
)。
GaAs基板20]の表面に、コレクタコンタクト層と
してのn生型GaAs層202、コレクタ層としてのn
−型GaAs層203、ベース層としてのp−型AlG
aAs層2041およびp生型l−X AlGaAs層2042 エミッタ層としてのl−X n−型AlGaAs層205、エミッタキャップI−X 層としてのn十型GaAs層206が順次エピタキシャ
ル成長せしめられてなるもので、メサエッチングにより
電極とりたしを行い、各層に対してコレクタ電極209
、ベース電極208、エミッタ電極207が形成された
ものか提案されている(特開昭63−47974号公報
)。
これは、ベース領域内に不純物濃度が階段状に変化する
領域を設け、エミッタ側で不純物濃度が大きくなるよう
にする共に、ベース領域20412042内のアルミニ
ウムの組成比XをOから0゜1まで、下から上に向かっ
て徐々に変化させることにより、ベース抵抗を増大させ
ることなく、負性微分コレクタ抵抗現象を緩和するよう
にしたものである。
領域を設け、エミッタ側で不純物濃度が大きくなるよう
にする共に、ベース領域20412042内のアルミニ
ウムの組成比XをOから0゜1まで、下から上に向かっ
て徐々に変化させることにより、ベース抵抗を増大させ
ることなく、負性微分コレクタ抵抗現象を緩和するよう
にしたものである。
しかしながら、この場合は、コレクタ層としてのn型G
aAs層203上にベース層としてのp−型AlGaA
s層2041を成長せしめることにな1−X す、GaAsとAlGaAsとは格子定数がほぼ等し1
−X く、厚く成長してもSj Ge /Si界面の場
合の−XX ようにXを大きくしてGeの組成比を大きくしても、転
移、欠陥が増大するようなことはなく、ベース抵抗の低
減をはかることが可能となる。
aAs層203上にベース層としてのp−型AlGaA
s層2041を成長せしめることにな1−X す、GaAsとAlGaAsとは格子定数がほぼ等し1
−X く、厚く成長してもSj Ge /Si界面の場
合の−XX ようにXを大きくしてGeの組成比を大きくしても、転
移、欠陥が増大するようなことはなく、ベース抵抗の低
減をはかることが可能となる。
これに対し、5iGe/Slのように格子定数−XX
の差が数%もあるようなヘテロ接合の場合、上述したよ
うな2つの相反する制約は、極めて深刻な問題となる。
うな2つの相反する制約は、極めて深刻な問題となる。
これは、上述したSi Ge /Si界)−×
× 面以外にも、GaAs/In Ga As界面な
ど格子定I−X 数の差が数%も異なるような半導体材料間の接合を用い
た場合は、他の材料を用いたヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタについても同様であり、深刻な問題となってい
る。
× 面以外にも、GaAs/In Ga As界面な
ど格子定I−X 数の差が数%も異なるような半導体材料間の接合を用い
た場合は、他の材料を用いたヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタについても同様であり、深刻な問題となってい
る。
(発明が解決しようとする課題)
このように、格子定数の差が数%もあるようなヘテロ接
合を用いる場合、組成比と厚さとに対する相反する制約
により、ヘテロ接合のメリットを生かし、かつベース抵
抗の小さいヘテロ接合バイポーラトランジスタを得るこ
とは困難であった。
合を用いる場合、組成比と厚さとに対する相反する制約
により、ヘテロ接合のメリットを生かし、かつベース抵
抗の小さいヘテロ接合バイポーラトランジスタを得るこ
とは困難であった。
本発明は、前記実情に鑑みてなされたもので、エミッタ
領域を構成する半導体材料と異なる格子定数を持つ化合
物半導体材料をベース領域に用いるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを制作するに際し、化合物半導体材料の
組成比に制約されることなく、そのデバイス設計上最適
と思われるベス層の厚さを得ることのできるベース領域
構造を提供することを目的とする。
領域を構成する半導体材料と異なる格子定数を持つ化合
物半導体材料をベース領域に用いるヘテロ接合バイポー
ラトランジスタを制作するに際し、化合物半導体材料の
組成比に制約されることなく、そのデバイス設計上最適
と思われるベス層の厚さを得ることのできるベース領域
構造を提供することを目的とする。
(課題を解決するための手段)
そこで本発明のHBTでは、ベース領域を複数層に分け
、該ベース領域内に、エミッタ領域構成材料と同じ材料
を用い、かつバンドギャップナロウイングの効果が顕著
に見られる程度高濃度に不純物をドープした層をエミッ
タ領域に接して設けるようにしている。
、該ベース領域内に、エミッタ領域構成材料と同じ材料
を用い、かつバンドギャップナロウイングの効果が顕著
に見られる程度高濃度に不純物をドープした層をエミッ
タ領域に接して設けるようにしている。
(作用)
」二記構成によれば、ベース層のエミッタ領域側にエミ
ッタ領域構成材料と同じ材料を用い、かつバンドギャッ
プナロウイングの効果が顕著に見られる程度高濃度に不
純物をドープした高濃度ベス層を設けるようにしている
ため、本来のベース領域は薄くてもベース抵抗を低くす
ることができ、従って、構成する化合物半導体材料の組
成比を変えバンドギャップの差の大きいものとすること
が可能となる。
ッタ領域構成材料と同じ材料を用い、かつバンドギャッ
プナロウイングの効果が顕著に見られる程度高濃度に不
純物をドープした高濃度ベス層を設けるようにしている
ため、本来のベース領域は薄くてもベース抵抗を低くす
ることができ、従って、構成する化合物半導体材料の組
成比を変えバンドギャップの差の大きいものとすること
が可能となる。
このように、バンドギャップの差を大きいものとするこ
とにより、ベース領域からエミッタ領域へのキャリアの
逆注入を抑制する作用を呈する上狭い領域で大きくバン
ドギャップが変わるため、キャリアの加速電界も大きく
なり、高速性を十分に引き出すことができ、超高速素子
としての性能を高めることが可能となる。
とにより、ベース領域からエミッタ領域へのキャリアの
逆注入を抑制する作用を呈する上狭い領域で大きくバン
ドギャップが変わるため、キャリアの加速電界も大きく
なり、高速性を十分に引き出すことができ、超高速素子
としての性能を高めることが可能となる。
一方、この高濃・度ベース層を設けない場合、ベース領
域を構成する半導体材料はエミッタ領域を構成する半導
体材料とのバンドギャップの差の大きいものを用いたい
が、その場合、転移、欠陥をヘテロ接合界面に生じるこ
となく形成することができる層の膜厚の限界は薄いため
、ベース全体の抵抗が増大して高速性を発揮できなくな
る。このため本来のベース領域を構成するのに望ましい
化合物半導体材料の組成比に対する制約を受けることに
なる。
域を構成する半導体材料はエミッタ領域を構成する半導
体材料とのバンドギャップの差の大きいものを用いたい
が、その場合、転移、欠陥をヘテロ接合界面に生じるこ
となく形成することができる層の膜厚の限界は薄いため
、ベース全体の抵抗が増大して高速性を発揮できなくな
る。このため本来のベース領域を構成するのに望ましい
化合物半導体材料の組成比に対する制約を受けることに
なる。
このように、本発明の構成によれば、本来のベース領域
を構成するのに望ましい化合物半導体材料の組成比に対
する制約を受けることなく、かっヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ設計上最適なベース領域の厚さを得ること
かでき、ベース抵抗 0 の低い超高速素子の形成が可能となる。
を構成するのに望ましい化合物半導体材料の組成比に対
する制約を受けることなく、かっヘテロ接合バイポーラ
トランジスタ設計上最適なベース領域の厚さを得ること
かでき、ベース抵抗 0 の低い超高速素子の形成が可能となる。
(実施例)
以下、本発明実施例のヘテロ接合バイポーラトランジス
タについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
タについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第1図に示
すように、Si/Sj Ge /Si系−XX のnpn型トランジスタであり、ベース層をp−型SI
o、7Geo、3からなる第1のベース層4とp+型S
1からなる高濃度の第2のベース層5とで構成したこと
を特徴とするものである。
すように、Si/Sj Ge /Si系−XX のnpn型トランジスタであり、ベース層をp−型SI
o、7Geo、3からなる第1のベース層4とp+型S
1からなる高濃度の第2のベース層5とで構成したこと
を特徴とするものである。
すなわち、このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、
p−型のSi基板1の表面に、コレクタコンタクト層と
してのn十型S1層2、コレクタ層としてのn−型Si
層3、第1のベース層としてのp−型Sfo、7Geo
、3層4および第2のベース層としてのp子種Sj層5
、エミッタ層としてのn−型81層6、エミッタキャッ
プ層としてのn子種Si層7が順次エピタキシャル成長
せしめられてなるもので、メザエッチングにより電極と
りたしを行い、1 各層に対してコレクタ電極23、ベース電極22、エミ
ッタ電極21が形成されている。ここで20は酸化シリ
コン膜である。
p−型のSi基板1の表面に、コレクタコンタクト層と
してのn十型S1層2、コレクタ層としてのn−型Si
層3、第1のベース層としてのp−型Sfo、7Geo
、3層4および第2のベース層としてのp子種Sj層5
、エミッタ層としてのn−型81層6、エミッタキャッ
プ層としてのn子種Si層7が順次エピタキシャル成長
せしめられてなるもので、メザエッチングにより電極と
りたしを行い、1 各層に対してコレクタ電極23、ベース電極22、エミ
ッタ電極21が形成されている。ここで20は酸化シリ
コン膜である。
次に、このヘテロ接合バイポーラトランジスタの製造工
程について説明する。
程について説明する。
まず、第2図(a)に示すように、p−型のSi基板1
の表面に、コレクタコンタクト層として不純物濃度I
X 1.020cm−3膜厚1000人のアンチモンs
bドープのn生型Si層2、コレクタ層として不純物濃
度I X 1.017層m−3膜厚5000人のn−型
]層3をエピタキシャル成長させる。
の表面に、コレクタコンタクト層として不純物濃度I
X 1.020cm−3膜厚1000人のアンチモンs
bドープのn生型Si層2、コレクタ層として不純物濃
度I X 1.017層m−3膜厚5000人のn−型
]層3をエピタキシャル成長させる。
続いて、第2図(b)に示すように、第1のベス層とし
て不純物濃度]−X ]、 018cm−3膜厚500
人の硼素Bドープのp−型SIo、7GGcs層4、第
2のベース層として不純物濃度1×1011019C膜
厚500人の硼素Bドープのp生型Si層5をエピタキ
シャル成長させる。
て不純物濃度]−X ]、 018cm−3膜厚500
人の硼素Bドープのp−型SIo、7GGcs層4、第
2のベース層として不純物濃度1×1011019C膜
厚500人の硼素Bドープのp生型Si層5をエピタキ
シャル成長させる。
そして、第2図(C)に示すように、さらにエミッタ層
として不純物濃度1×1011017C膜厚1500人
のヒ素Asドープのn−型Si層6およびエミ2 ツタキャップ層として不純物濃度]、 X ]、 02
0cm−3膜厚500人のn子種Sj層7を順次エピタ
キシャル成長させる。
として不純物濃度1×1011017C膜厚1500人
のヒ素Asドープのn−型Si層6およびエミ2 ツタキャップ層として不純物濃度]、 X ]、 02
0cm−3膜厚500人のn子種Sj層7を順次エピタ
キシャル成長させる。
次に、このようにして各エピタキシャル成長層の形成さ
れたシリコン基板に対し、ベース電極形成領域を第2の
ベース層としてのp生型Si層5に達するまでエツチン
グすると共に、コレクタ電極形成領域をコレクタコンタ
クト層としてのn生型Sj層2に達するまでエツチング
したのち、CVD法により、基板表面全体に酸化シリコ
ン膜20を堆積し、エミッタ、ベース、コレクタへのコ
ンタクトのためにこの領域の酸化シリコン膜を選択的に
エツチング除去する(第2図(d))。
れたシリコン基板に対し、ベース電極形成領域を第2の
ベース層としてのp生型Si層5に達するまでエツチン
グすると共に、コレクタ電極形成領域をコレクタコンタ
クト層としてのn生型Sj層2に達するまでエツチング
したのち、CVD法により、基板表面全体に酸化シリコ
ン膜20を堆積し、エミッタ、ベース、コレクタへのコ
ンタクトのためにこの領域の酸化シリコン膜を選択的に
エツチング除去する(第2図(d))。
そして最後に、アルミニウム層からなるエミッタ電極2
]、ベース電極22.コレクタ電極23を形成し、第1
図に示したようなヘテロ接合バイポーラトランジスタが
完成する。
]、ベース電極22.コレクタ電極23を形成し、第1
図に示したようなヘテロ接合バイポーラトランジスタが
完成する。
このようにして形成されたヘテロ接合バイポーラトラン
ジスタのバンド構造図を第3図に示す。
ジスタのバンド構造図を第3図に示す。
この図からも、ベース・エミッタ間のバンドギヤ3
ツブが大きく形成されていることか分る。
比較のために、第8図に示した従来例のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタすなわちベース領域を不純物濃度I
X ]、 018cm’膜厚1000人の硼素Bドー
プのp−型S10.8 Geo、2層に変え、他部につ
いては第1図に示した本発明実施例のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタと全く同様に形成したもののバンド構
造図を第4図に示す。これらの比較からも、本発明実施
例のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース・エミ
ッタ間のバンドギャップが大幅に大きく形成されている
ことが分る。
ポーラトランジスタすなわちベース領域を不純物濃度I
X ]、 018cm’膜厚1000人の硼素Bドー
プのp−型S10.8 Geo、2層に変え、他部につ
いては第1図に示した本発明実施例のヘテロ接合バイポ
ーラトランジスタと全く同様に形成したもののバンド構
造図を第4図に示す。これらの比較からも、本発明実施
例のヘテロ接合バイポーラトランジスタのベース・エミ
ッタ間のバンドギャップが大幅に大きく形成されている
ことが分る。
さらに上記実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
と上記従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタとの
カットオフ周波数とコレクタ電流の関係を数値計算した
結果を第5図に示す。曲線aは本発明のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの特性を示し、曲線すは従来例のヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの特性を示す。
と上記従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタとの
カットオフ周波数とコレクタ電流の関係を数値計算した
結果を第5図に示す。曲線aは本発明のヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタの特性を示し、曲線すは従来例のヘ
テロ接合バイポーラトランジスタの特性を示す。
この図かられかるように、エミッタ・コレクタ間電圧が
1,5Vであるとき、キャリアのベース4 走行時間は、本発明実施例のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタでは9.08psecとなっているのに対し、
上記従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、
14.3psecとなっており、5.22psecも短
くなっている。また、ベース領域全体の抵抗は、本発明
実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタでは575
オームとなっているのに対し、上記従来例のヘテロ接合
バイポーラトランジスタでは、1205オームとなって
おり、ベース抵抗も大幅に低減されていることがわかる
。
1,5Vであるとき、キャリアのベース4 走行時間は、本発明実施例のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタでは9.08psecとなっているのに対し、
上記従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタでは、
14.3psecとなっており、5.22psecも短
くなっている。また、ベース領域全体の抵抗は、本発明
実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタでは575
オームとなっているのに対し、上記従来例のヘテロ接合
バイポーラトランジスタでは、1205オームとなって
おり、ベース抵抗も大幅に低減されていることがわかる
。
このように、本発明実施例のヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタは、十分に高速性を発揮し、高性能を呈してい
る。
ンジスタは、十分に高速性を発揮し、高性能を呈してい
る。
次に、本発明の第2の実施例として、化合物半導体を用
いたヘテロ接合バイポーラトランジスタにの一例につい
て説明する。
いたヘテロ接合バイポーラトランジスタにの一例につい
て説明する。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、第6図に示
すように、GaAs/ AI Ga A s系の
X ’1−X npn型トランジスタであり、ベース層をp5 型1no、t Gag、g Asからなる第1のベース
層14とp生型GaAsからなる高濃度の第2のベース
層15とで構成したことを特徴とするものである。
すように、GaAs/ AI Ga A s系の
X ’1−X npn型トランジスタであり、ベース層をp5 型1no、t Gag、g Asからなる第1のベース
層14とp生型GaAsからなる高濃度の第2のベース
層15とで構成したことを特徴とするものである。
すなわち、このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、
半絶縁性のGaAs基板11の表面に、コレクタコンタ
クト層として膜厚3000人、不純物濃度5×1018
cm−3のn中型GaAs層12、コレクタ層として膜
厚5000人、不純物濃度5×1016cm−3のn−
型GaAs層13、第1のベース層として膜厚300人
、不純物濃度1 x 1019c、、−3のp−型1n
□、I Gao、g As層14および第2のベース層
として膜厚700人、不純物濃度5×1018cm−3
のp中型GaAs層15、エミッタ層として膜厚150
0人、不純物濃度5×1017c「3のn−型Ato、
3Gao、7As層6、エミッタキャップ層として膜厚
500人、不純物濃度5×1018CIII−3のn+
型GaAs層17が順次エピタキシャル成長せしめられ
てなるもので、メサエッチングにより電極とりだしを行
い、各層に対してコレクタ電極23、ベース電極22、
エミッタ電極21が形成されてい]6 る。ここで20は酸化シリコン膜である。
半絶縁性のGaAs基板11の表面に、コレクタコンタ
クト層として膜厚3000人、不純物濃度5×1018
cm−3のn中型GaAs層12、コレクタ層として膜
厚5000人、不純物濃度5×1016cm−3のn−
型GaAs層13、第1のベース層として膜厚300人
、不純物濃度1 x 1019c、、−3のp−型1n
□、I Gao、g As層14および第2のベース層
として膜厚700人、不純物濃度5×1018cm−3
のp中型GaAs層15、エミッタ層として膜厚150
0人、不純物濃度5×1017c「3のn−型Ato、
3Gao、7As層6、エミッタキャップ層として膜厚
500人、不純物濃度5×1018CIII−3のn+
型GaAs層17が順次エピタキシャル成長せしめられ
てなるもので、メサエッチングにより電極とりだしを行
い、各層に対してコレクタ電極23、ベース電極22、
エミッタ電極21が形成されてい]6 る。ここで20は酸化シリコン膜である。
製造に際しては、前記第1の実施例と同様である。
このヘテロ接合バイポーラトランジスタによれば、In
xGa1−xAs中のキャリアの易動度がGaAS中X
’I−X のキャリアの易動度よりも大きいため、このInxGa
As層を設けたベースはGaAsのみで構成した
−X ものに比べ電気抵抗が小さく高速動作に適したものとな
っている。また、InxGa1−xAs中のキX
1−X ヤリアの易動度は前記第1.の実施例で用いた5iXG
e 中のキャリアの易動度よりも大きいため、−X このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、より高速動
作に適したものとなっている。
xGa1−xAs中のキャリアの易動度がGaAS中X
’I−X のキャリアの易動度よりも大きいため、このInxGa
As層を設けたベースはGaAsのみで構成した
−X ものに比べ電気抵抗が小さく高速動作に適したものとな
っている。また、InxGa1−xAs中のキX
1−X ヤリアの易動度は前記第1.の実施例で用いた5iXG
e 中のキャリアの易動度よりも大きいため、−X このヘテロ接合バイポーラトランジスタは、より高速動
作に適したものとなっている。
なお、前記実施例では、エミッタが最上層にあるいわゆ
るエミッタトップ構造のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタについて説明したが、第7図に示すように、コレク
タ層33が最上層にあるいわゆるコレクタトップ構造の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタについても適用可能
であることはいうまでもない。この場合、エミッタ層3
6の上7 層にこれとヘテロ接合を形成するベース層を成長させな
ければならないが、まず高濃度ベース層35を所望の厚
さに成長したのち、ヘテロ接合をなすように薄い主ベー
ス層34を形成すれば良い。
るエミッタトップ構造のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタについて説明したが、第7図に示すように、コレク
タ層33が最上層にあるいわゆるコレクタトップ構造の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタについても適用可能
であることはいうまでもない。この場合、エミッタ層3
6の上7 層にこれとヘテロ接合を形成するベース層を成長させな
ければならないが、まず高濃度ベース層35を所望の厚
さに成長したのち、ヘテロ接合をなすように薄い主ベー
ス層34を形成すれば良い。
このようにして格子不整合や格子欠陥の発生もなく低抵
抗のベース層を得ることができかつ特性の向上をはかる
ことが可能となる。3]はp−型シリコン基板、32は
n生型シリコン層からなるコレクタコンタクト層、37
はn生型シリコン層からなるエミッタコンタクト層であ
る。
抗のベース層を得ることができかつ特性の向上をはかる
ことが可能となる。3]はp−型シリコン基板、32は
n生型シリコン層からなるコレクタコンタクト層、37
はn生型シリコン層からなるエミッタコンタクト層であ
る。
さらに、前記実施例では、ダブルヘテロ構造のHBTに
ついて説明したが、シングルヘテロ構造のHBTにも適
用可能である。
ついて説明したが、シングルヘテロ構造のHBTにも適
用可能である。
また、前記実施例では、81系ヘテロ接合バイポーラト
ランジスタおよびGaAs系ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタについて説明したが、これらに限定されるもの
ではなく、他の化合物半導体層からなるHBTにも適用
可能である。
ランジスタおよびGaAs系ヘテロ接合バイポーラトラ
ンジスタについて説明したが、これらに限定されるもの
ではなく、他の化合物半導体層からなるHBTにも適用
可能である。
以上説明してきたように、本発明によれば、べ8
ス層のエミッタ領域側にエミッタ領域構成材料と同じ材
料を用い、かつバンドギャップテロウイングの効果が顕
著に見られる程度高濃度に不純物をドープした高濃度ベ
ース層を設けるようにしているため、ベース抵抗が小さ
く、超高速素子としての性能の高いペテロ接合バイポー
ラトランジスタを提供することが可能となる。
料を用い、かつバンドギャップテロウイングの効果が顕
著に見られる程度高濃度に不純物をドープした高濃度ベ
ース層を設けるようにしているため、ベース抵抗が小さ
く、超高速素子としての性能の高いペテロ接合バイポー
ラトランジスタを提供することが可能となる。
第1図は本発明実施例のヘテロ接合バイポーラトランジ
スタを示す図、第2図(a)乃至第2図(j)は同ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの製造工程図、第3図お
よび第4図はそれぞれ本発明実施例および従来例のヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタのバンド構造図、第5図
は本発明実施例および従来例のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタのをカットオフ周波数を示す図、第6図は本
発明の他の実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
を示す図、第7図は、本発明の他の実施例のコレクタト
ップ構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図
、第8図および第9図はそれぞ9 れ従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図
である。 1・・・p−型Si基板、2・・・n生型Si層(コレ
クタコンタクト層)、3・・・n−型Si層(コレクタ
層)、4 ・p−型5i1−xGex(ベース層)、5
・−p生型Si層(項濃度ベース層)、6・・・n−型
Si層(エミッタ層) 7・・・n中型Sj層(エミ
ッタキャップJff) 、11−GaAs基板、12
・(コレクタコンタクト層)n生型GaAs層、1.3
・(コレクタ層)n−型GaAs層、1.4 ・(第
1のベース層)p−型1no、t Gao9As層、1
5−(第2のベース層)p十型GaAs層、1.6−
(jLミッタ層)n−型A10.3 Gag、7 As
層、17−(エミッタキャップ層)n生型GaAs層、
20・・・酸化シリコン層、21・・・エミッタ電極、
22・・・ベース電極、23・・コレクタ電極、33・
・・コレクタ層、34・・・主ベース層、35・・・高
濃度ベース層、36・・・エミッタ層、1゜1・・・p
−型のSi基板、102・・・(コレクタコンタクト層
)n生型S+層、103・・・(コレクタ層)n−型s
+層、104−(ベース層)p−型Sl、80 Ge04層、106−=(エミッタ層)n−型Si層、
107・・・(エミッタキャップ層)n生型Si層、2
01・・・GaAs基板、202・ (コレクタコンタ
クト層)n生型GaAs層、20 B−(コレクタ層)
n型GaAs層、2041−(ベース層)p−型Alx
Ga As層、2042−1)生型AlGaAs層
、1−X
X 1−X205−(−1−ミッ
タ層)n型AlGaAs層、21−X 06・・・(エミッタキャップ層)n生型GaAs層、
207・・・エミッタ電極、208・・・ベース電極、
209・・・コレクタ電極。 1 手続補正書 (方式) %式% 事件の表示 平成1年特許願第1.45755号 発明の名称 ペテロ接合バイポーラトランジスタ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 埋入 (〒104)東京都中央区銀座2丁目11番2号銀座大
作ビル6階 電話03−545−3508 (代表)補
正の内容 (1)本願明細書の第19ペ ジ第1 1行L1乃至 第1 2行目の 「第2図(+) 「第2図(d) 訂正する。
スタを示す図、第2図(a)乃至第2図(j)は同ヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタの製造工程図、第3図お
よび第4図はそれぞれ本発明実施例および従来例のヘテ
ロ接合バイポーラトランジスタのバンド構造図、第5図
は本発明実施例および従来例のヘテロ接合バイポーラト
ランジスタのをカットオフ周波数を示す図、第6図は本
発明の他の実施例のヘテロ接合バイポーラトランジスタ
を示す図、第7図は、本発明の他の実施例のコレクタト
ップ構造のヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図
、第8図および第9図はそれぞ9 れ従来例のヘテロ接合バイポーラトランジスタを示す図
である。 1・・・p−型Si基板、2・・・n生型Si層(コレ
クタコンタクト層)、3・・・n−型Si層(コレクタ
層)、4 ・p−型5i1−xGex(ベース層)、5
・−p生型Si層(項濃度ベース層)、6・・・n−型
Si層(エミッタ層) 7・・・n中型Sj層(エミ
ッタキャップJff) 、11−GaAs基板、12
・(コレクタコンタクト層)n生型GaAs層、1.3
・(コレクタ層)n−型GaAs層、1.4 ・(第
1のベース層)p−型1no、t Gao9As層、1
5−(第2のベース層)p十型GaAs層、1.6−
(jLミッタ層)n−型A10.3 Gag、7 As
層、17−(エミッタキャップ層)n生型GaAs層、
20・・・酸化シリコン層、21・・・エミッタ電極、
22・・・ベース電極、23・・コレクタ電極、33・
・・コレクタ層、34・・・主ベース層、35・・・高
濃度ベース層、36・・・エミッタ層、1゜1・・・p
−型のSi基板、102・・・(コレクタコンタクト層
)n生型S+層、103・・・(コレクタ層)n−型s
+層、104−(ベース層)p−型Sl、80 Ge04層、106−=(エミッタ層)n−型Si層、
107・・・(エミッタキャップ層)n生型Si層、2
01・・・GaAs基板、202・ (コレクタコンタ
クト層)n生型GaAs層、20 B−(コレクタ層)
n型GaAs層、2041−(ベース層)p−型Alx
Ga As層、2042−1)生型AlGaAs層
、1−X
X 1−X205−(−1−ミッ
タ層)n型AlGaAs層、21−X 06・・・(エミッタキャップ層)n生型GaAs層、
207・・・エミッタ電極、208・・・ベース電極、
209・・・コレクタ電極。 1 手続補正書 (方式) %式% 事件の表示 平成1年特許願第1.45755号 発明の名称 ペテロ接合バイポーラトランジスタ 補正をする者 事件との関係 特許出願人 (307)株式会社 東芝 埋入 (〒104)東京都中央区銀座2丁目11番2号銀座大
作ビル6階 電話03−545−3508 (代表)補
正の内容 (1)本願明細書の第19ペ ジ第1 1行L1乃至 第1 2行目の 「第2図(+) 「第2図(d) 訂正する。
Claims (3)
- (1)第1の導電型を有する第1の半導体層からなるコ
レクタ層と、前記第1の導電型とは逆導電型である第2
の導電型を有する第2の半導体層からなるベース層と、
第1の導電型を有する第3の半導体層からなるエミッタ
層とを具備し、ベース・エミッタ間のヘテロ接合が格子
定数差の大きいヘテロ接合であるヘテロ接合バイポーラ
トランジスタにおいて、 前記ベース領域を複数層に分け、該ベース 領域内に、エミッタ領域構成材料と同じ材料を用い、か
つバンドギャップナロウィングの効果が顕著に見られる
程度の高濃度に不純物をドープした第2の導電型を有す
る第3の半導体層からなる低抵抗ベース層をエミッタ領
域に接するように設けたことを特徴とするヘテロ接合バ
イポーラトランジスタ。 - (2)前記第2の半導体層はSi_1_−_xGe_x
層から構成されると共に前記第1の半導体層はSi層か
ら構成されていることを特徴とする請求項(1)記載の
ヘテロ接合バイポーラトランジスタ。 - (3)前記第2の半導体層はIn_xGa_1_−_x
As層から構成されると共に前記第1の半導体層はGa
As層から構成されていることを特徴とする請求項(1
)記載のヘテロ接合バイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145755A JP2801646B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1145755A JP2801646B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03108723A true JPH03108723A (ja) | 1991-05-08 |
| JP2801646B2 JP2801646B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=15392408
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1145755A Expired - Fee Related JP2801646B2 (ja) | 1989-06-08 | 1989-06-08 | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2801646B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02248052A (ja) * | 1989-02-22 | 1990-10-03 | Motorola Inc | マルチ層ベース・ヘテロ結合バイポーラ・トランジスタ |
-
1989
- 1989-06-08 JP JP1145755A patent/JP2801646B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02248052A (ja) * | 1989-02-22 | 1990-10-03 | Motorola Inc | マルチ層ベース・ヘテロ結合バイポーラ・トランジスタ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2801646B2 (ja) | 1998-09-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |