JPH04251934A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH04251934A JPH04251934A JP91991A JP99191A JPH04251934A JP H04251934 A JPH04251934 A JP H04251934A JP 91991 A JP91991 A JP 91991A JP 99191 A JP99191 A JP 99191A JP H04251934 A JPH04251934 A JP H04251934A
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- JP
- Japan
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- region
- inp
- ingaas
- base region
- collector
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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
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
ＩｎＰ基板を用い、ヘテロバイポーラトランジスタを含
む集積回路を構成するのに適した半導体装置に関する。
ＩｎＰ基板を用い、ヘテロバイポーラトランジスタを含
む集積回路を構成するのに適した半導体装置に関する。
【０００２】ヘテロ接合バイポーラトランジスタは、ホ
モ接合バイポーラトランジスタと比較して高い電流増幅
率を得易い等の優れた点を有し、近年活発に研究開発が
進められている。特にエミッタにＩｎＰ、ベースにＩｎ
ＧａＡｓを用いたＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタは、その高い電流駆動能力を生かし
たＩｎＧａＡｓＰレーザの駆動等、高速光通信の応用の
可能性が注目されている。
モ接合バイポーラトランジスタと比較して高い電流増幅
率を得易い等の優れた点を有し、近年活発に研究開発が
進められている。特にエミッタにＩｎＰ、ベースにＩｎ
ＧａＡｓを用いたＩｎＧａＡｓ／ＩｎＰヘテロ接合バイ
ポーラトランジスタは、その高い電流駆動能力を生かし
たＩｎＧａＡｓＰレーザの駆動等、高速光通信の応用の
可能性が注目されている。
【０００３】
【従来の技術】図３を参照して従来の技術を説明する。
図３（Ａ）は、従来の技術によるホモバイポーラトラン
ジスタのバンド構造を示す。
ジスタのバンド構造を示す。
【０００４】エミッタ、ベース、コレクタが同一の材料
で形成されたｎｐｎ型ホモバイポーラトランジスタの場
合で示す。ホモバイポーラトランジスタにおいては、各
領域での伝導帯のエネルギＥｃと価電子帯のエネルギＥ
ｖの差は、ほぼ均一である。エミッタ・ベース間に順バ
イアスを印加すると、エミッタ領域の電位に対してベー
ス領域の電位は、図中破線で示すように、引下げられる
。ベース領域のエネルギが所定の位置まで低下すると、
エミッタ領域から電子がベース領域に注入されるように
なる。ベース領域に注入された電子は、ベース領域を拡
散で移動し、コレクタ領域に到達するようになる。
で形成されたｎｐｎ型ホモバイポーラトランジスタの場
合で示す。ホモバイポーラトランジスタにおいては、各
領域での伝導帯のエネルギＥｃと価電子帯のエネルギＥ
ｖの差は、ほぼ均一である。エミッタ・ベース間に順バ
イアスを印加すると、エミッタ領域の電位に対してベー
ス領域の電位は、図中破線で示すように、引下げられる
。ベース領域のエネルギが所定の位置まで低下すると、
エミッタ領域から電子がベース領域に注入されるように
なる。ベース領域に注入された電子は、ベース領域を拡
散で移動し、コレクタ領域に到達するようになる。
【０００５】なお、同時にベース領域からエミッタ領域
への正孔の注入も発生する。これはベース電流を形成す
る。このようなホモバイポーラトランジスタの動作速度
は、電子がエミッタ領域を出発した後、コレクタ領域の
低抵抗率領域に到達するまでの走行時間によって主に定
められる。コレクタ領域にバイアス電圧を印加すると、
コレクタ領域内に電界が発生し、キャリアは加速されて
輸送されるため、動作速度は主にベース領域中の輸送時
間によって定まる。
への正孔の注入も発生する。これはベース電流を形成す
る。このようなホモバイポーラトランジスタの動作速度
は、電子がエミッタ領域を出発した後、コレクタ領域の
低抵抗率領域に到達するまでの走行時間によって主に定
められる。コレクタ領域にバイアス電圧を印加すると、
コレクタ領域内に電界が発生し、キャリアは加速されて
輸送されるため、動作速度は主にベース領域中の輸送時
間によって定まる。
【０００６】動作速度を速くするには、ベース領域を狭
くしてキャリアが拡散によってベース領域を通過するベ
ース走行時間を短くすることが有効である。図３（Ｂ）
は、ＩｎＰ基板上に形成するのに適したヘテロバイポー
ラトランジスタの１構造を示す。エミッタ領域がｎ型Ｉ
ｎＰで形成され、ベース領域がｐ型ＩｎＧａＡｓで形成
され、コレクタ領域がｎ型ＩｎＧａＡｓで形成されてい
る。エミッタ領域のバンドギャップと比べ、ベース領域
およびコレクタ領域のバンドギャップは狭くなっている
。このため、ベース領域に順バイアスを印加し、破線の
ように電位を引下げた時、エミッタ領域からベース領域
への電子の注入は発生するが、この時ベース領域からエ
ミッタ領域への正孔の注入はほとんど生じない。このた
め、極めて高い電流増幅率を実現することができる。
くしてキャリアが拡散によってベース領域を通過するベ
ース走行時間を短くすることが有効である。図３（Ｂ）
は、ＩｎＰ基板上に形成するのに適したヘテロバイポー
ラトランジスタの１構造を示す。エミッタ領域がｎ型Ｉ
ｎＰで形成され、ベース領域がｐ型ＩｎＧａＡｓで形成
され、コレクタ領域がｎ型ＩｎＧａＡｓで形成されてい
る。エミッタ領域のバンドギャップと比べ、ベース領域
およびコレクタ領域のバンドギャップは狭くなっている
。このため、ベース領域に順バイアスを印加し、破線の
ように電位を引下げた時、エミッタ領域からベース領域
への電子の注入は発生するが、この時ベース領域からエ
ミッタ領域への正孔の注入はほとんど生じない。このた
め、極めて高い電流増幅率を実現することができる。
【０００７】さらに、ＩｎＧａＡｓにおいては電子の移
動度が高く、電子を高速で輸送することができる。この
ため、電流遮断周波数ｆＴ が１４０ＧＨｚを越える高
速トランジスタも実現できる。
動度が高く、電子を高速で輸送することができる。この
ため、電流遮断周波数ｆＴ が１４０ＧＨｚを越える高
速トランジスタも実現できる。
【０００８】なお、コレクタ領域のバンドギャップが狭
いため、コレクタ耐圧を高くすることは難しい。すなわ
ち、コレクタに高い電圧を印加すると、ベース領域の価
電子帯からコレクタ領域へのトンネルが生じる。
いため、コレクタ耐圧を高くすることは難しい。すなわ
ち、コレクタに高い電圧を印加すると、ベース領域の価
電子帯からコレクタ領域へのトンネルが生じる。
【０００９】図３（Ｂ）の構造は、エミッタ領域とベー
ス領域との間に１つのヘテロ接合が存在するので、シン
グルヘテロ接合バイポーラトランジスタと呼ばれる。図
３（Ｃ）は、従来技術によるヘテロバイポーラトランジ
スタの第２の構成を示す。
ス領域との間に１つのヘテロ接合が存在するので、シン
グルヘテロ接合バイポーラトランジスタと呼ばれる。図
３（Ｃ）は、従来技術によるヘテロバイポーラトランジ
スタの第２の構成を示す。
【００１０】エミッタ領域はｎ型ＩｎＰで形成され、ベ
ース領域はｐ型ＩｎＧａＡｓで形成され、コレクタ領域
はｎ型ＩｎＰで形成されている。本構成においては、エ
ミッタ領域とベース領域は、図３（Ｂ）の構成と同様で
あり、高い電流増幅率を得る可能性がある。
ース領域はｐ型ＩｎＧａＡｓで形成され、コレクタ領域
はｎ型ＩｎＰで形成されている。本構成においては、エ
ミッタ領域とベース領域は、図３（Ｂ）の構成と同様で
あり、高い電流増幅率を得る可能性がある。
【００１１】また、コレクタ領域がバンドギャップの広
いＩｎＰで形成されているため、コレクタ耐圧を大きく
することができる。
いＩｎＰで形成されているため、コレクタ耐圧を大きく
することができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】図３（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）の構成においては、キャリアはベース領域を拡散
によって移動する。このため、ベース領域走行時間はキ
ャリアの拡散速度とベース幅によって主に決定されてし
まう。より高速動作を行なおうとすると、ベース領域を
狭くすることになるが、ベース領域を狭くし過ぎると、
ベース抵抗が増大し、ベース領域充電回路におけるＲＣ
時定数が増大してしまう。このため、期待される高速動
作が実現できなくなる。
（Ｃ）の構成においては、キャリアはベース領域を拡散
によって移動する。このため、ベース領域走行時間はキ
ャリアの拡散速度とベース幅によって主に決定されてし
まう。より高速動作を行なおうとすると、ベース領域を
狭くすることになるが、ベース領域を狭くし過ぎると、
ベース抵抗が増大し、ベース領域充電回路におけるＲＣ
時定数が増大してしまう。このため、期待される高速動
作が実現できなくなる。
【００１３】また、図３（Ｂ）に示すヘテロバイポーラ
トランジスタは、ホモバイポーラトランジスタと比較し
て、高い電流増幅率と速い動作速度とを提供することが
できる。しかしながら、コレクタ領域のバンドギャップ
が狭く、コレクタ耐圧を大きくすることが難しい。この
ため、デスクリートデバイスとしては高速動作しても電
圧レベルシフトを行なう集積回路内の素子としては、コ
レクタ耐圧が不足する。このため、集積回路内に用いる
トランジスタ構造としては問題がある。
トランジスタは、ホモバイポーラトランジスタと比較し
て、高い電流増幅率と速い動作速度とを提供することが
できる。しかしながら、コレクタ領域のバンドギャップ
が狭く、コレクタ耐圧を大きくすることが難しい。この
ため、デスクリートデバイスとしては高速動作しても電
圧レベルシフトを行なう集積回路内の素子としては、コ
レクタ耐圧が不足する。このため、集積回路内に用いる
トランジスタ構造としては問題がある。
【００１４】図３（Ｃ）に示すヘテロバイポーラトラン
ジスタは、コレクタ耐圧が高く、図３（Ｂ）に示すヘテ
ロバイポーラトランジスタの問題を解決できる。しかし
ながら、図３（Ｃ）の構成においては、ベース領域を順
バイアスした時、破線で示すようにコレクタ領域に電位
障壁が生じやすい。このため、エミッタ領域からベース
領域に注入された電子がコレクタ領域前面の電位障壁に
よって走行を阻害される。
ジスタは、コレクタ耐圧が高く、図３（Ｂ）に示すヘテ
ロバイポーラトランジスタの問題を解決できる。しかし
ながら、図３（Ｃ）の構成においては、ベース領域を順
バイアスした時、破線で示すようにコレクタ領域に電位
障壁が生じやすい。このため、エミッタ領域からベース
領域に注入された電子がコレクタ領域前面の電位障壁に
よって走行を阻害される。
【００１５】本発明の目的は、高速動作するヘテロバイ
ポーラトランジスタを提供することである。本発明の他
の目的は、コレクタ耐圧の高いヘテロバイポーラトラン
ジスタを提供することである。
ポーラトランジスタを提供することである。本発明の他
の目的は、コレクタ耐圧の高いヘテロバイポーラトラン
ジスタを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置は、
ＩｎＰ基板上に形成され、ＩｎＰで形成されたエミッタ
領域を有し、ベース領域がエミッタ領域とヘテロ接合を
形成するヘテロバイポーラトランジスタを有する半導体
装置であって、ヘテロバイポーラトランジスタのベース
領域がＩｎＧａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成
され、局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造
を示す超格子構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａ
Ａｓの平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って
増加する超格子構造を含むことを特徴とする。
ＩｎＰ基板上に形成され、ＩｎＰで形成されたエミッタ
領域を有し、ベース領域がエミッタ領域とヘテロ接合を
形成するヘテロバイポーラトランジスタを有する半導体
装置であって、ヘテロバイポーラトランジスタのベース
領域がＩｎＧａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成
され、局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造
を示す超格子構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａ
Ａｓの平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って
増加する超格子構造を含むことを特徴とする。
【００１７】また、本発明の半導体は、ＩｎＰ基板上に
形成され、ＩｎＰで形成されたエミッタ領域を有し、ベ
ース領域がエミッタ領域とヘテロ接合を形成するヘテロ
バイポーラトランジスタを有する半導体装置であって、
ヘテロバイポーラトランジスタのコレクタ領域がＩｎＧ
ａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成され、局所的
バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す超格子
構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａＡｓの平均組
成比がベース領域から離れるに従って減少する超格子構
造を含むことを特徴とする。
形成され、ＩｎＰで形成されたエミッタ領域を有し、ベ
ース領域がエミッタ領域とヘテロ接合を形成するヘテロ
バイポーラトランジスタを有する半導体装置であって、
ヘテロバイポーラトランジスタのコレクタ領域がＩｎＧ
ａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成され、局所的
バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す超格子
構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａＡｓの平均組
成比がベース領域から離れるに従って減少する超格子構
造を含むことを特徴とする。
【００１８】
【作用】ベース幅を狭くすることなく、ベース走行時間
を速くするには、ベース領域内に加速電界（ドリフト電
界）を発生させればよい。ベース領域内に加速電界を発
生させる１つの方法は、ベース領域内に作り付け電位に
よる電界を発生させることである。ＩｎＰ基板上のＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロバイポーラトランジスタにお
いて、作り付け電界を発生させる１つの方法は、ベース
領域をＩｎＧａＡｓＰ混晶で形成し、ベース領域内で組
成を徐々に変化させればよい。
を速くするには、ベース領域内に加速電界（ドリフト電
界）を発生させればよい。ベース領域内に加速電界を発
生させる１つの方法は、ベース領域内に作り付け電位に
よる電界を発生させることである。ＩｎＰ基板上のＩｎ
Ｐ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロバイポーラトランジスタにお
いて、作り付け電界を発生させる１つの方法は、ベース
領域をＩｎＧａＡｓＰ混晶で形成し、ベース領域内で組
成を徐々に変化させればよい。
【００１９】しかしながら、ＩｎＧａＡｓＰの混晶にお
いて、ＩｎとＧａおよびＡｓとＰとの比率を精度よく制
御することは極めて困難である。特に、高速動作用ヘテ
ロバイポーラトランジスタにおいては、ベース幅はすで
に１００ｎｍ以下のオーダーにあり、この短い距離の間
に組成を精度高く変化させることは極めて難しい。
いて、ＩｎとＧａおよびＡｓとＰとの比率を精度よく制
御することは極めて困難である。特に、高速動作用ヘテ
ロバイポーラトランジスタにおいては、ベース幅はすで
に１００ｎｍ以下のオーダーにあり、この短い距離の間
に組成を精度高く変化させることは極めて難しい。
【００２０】また、コレクタ領域に電位障壁を形成する
ことなく、コレクタ耐圧を向上させる１つの方法は、コ
レクタ領域内に組成勾配を形成し、ベース領域から離れ
るに従ってバンドギャップを大きくすることである。Ｉ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロバイポーラトランジスタに
おいては、コレクタ領域をＩｎＧａＡｓＰで形成し、コ
レクタ領域内で組成を徐々に変化させればよい。
ことなく、コレクタ耐圧を向上させる１つの方法は、コ
レクタ領域内に組成勾配を形成し、ベース領域から離れ
るに従ってバンドギャップを大きくすることである。Ｉ
ｎＰ／ＩｎＧａＡｓ系ヘテロバイポーラトランジスタに
おいては、コレクタ領域をＩｎＧａＡｓＰで形成し、コ
レクタ領域内で組成を徐々に変化させればよい。
【００２１】しかしながら、上述同様に、ＩｎＧａＡｓ
Ｐの組成を精度高く制御することは困難である。ところ
で、各層の厚さがキャリアの波動関数の広がりに比べて
十分小さな超格子構造は、その性質が超格子構造形成物
質の混晶に近似する性質がある。従って、超格子構造に
おいて、構成分子層の数を変化させることにより、混晶
の組成変化と同等の効果を上げることができる。この場
合、各層内の組成は変化させる必要がない。
Ｐの組成を精度高く制御することは困難である。ところ
で、各層の厚さがキャリアの波動関数の広がりに比べて
十分小さな超格子構造は、その性質が超格子構造形成物
質の混晶に近似する性質がある。従って、超格子構造に
おいて、構成分子層の数を変化させることにより、混晶
の組成変化と同等の効果を上げることができる。この場
合、各層内の組成は変化させる必要がない。
【００２２】ＩｎＧａＡｓの原子層とＩｎＰの原子層か
ら超格子構造を構成し、その平均的組成のＩｎＧａＡｓ
成分がエミッタ側からコレクタ側に向って増加するよう
に構成すると、エミッタ側でＩｎＰの組成が高くコレク
タ側でＩｎＰの組成が低くなるＩｎＧａＡｓＰ組成勾配
混晶と同等の機能を発揮させることができる。
ら超格子構造を構成し、その平均的組成のＩｎＧａＡｓ
成分がエミッタ側からコレクタ側に向って増加するよう
に構成すると、エミッタ側でＩｎＰの組成が高くコレク
タ側でＩｎＰの組成が低くなるＩｎＧａＡｓＰ組成勾配
混晶と同等の機能を発揮させることができる。
【００２３】このようにして、ベース領域内にドリフト
電界を生じさせ、キャリアを高速に輸送させることがで
きる。また、コレクタ領域をＩｎＧａＡｓの分子層と、
ＩｎＰの分子層から構成し、その平均的組成をベース領
域から離れるに従ってＩｎＧａＡｓ成分が減少するよう
に構成すると、ベース領域側で電位障壁を形成すること
がなく、かつ耐圧の高いコレクタ領域を形成することが
できる。
電界を生じさせ、キャリアを高速に輸送させることがで
きる。また、コレクタ領域をＩｎＧａＡｓの分子層と、
ＩｎＰの分子層から構成し、その平均的組成をベース領
域から離れるに従ってＩｎＧａＡｓ成分が減少するよう
に構成すると、ベース領域側で電位障壁を形成すること
がなく、かつ耐圧の高いコレクタ領域を形成することが
できる。
【００２４】
【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を説明
する。図１（Ａ）は、超格子ＳＬの性質を概略的に説明
するための模式図である。ＩｎＧａＡｓ１領域と、Ｉｎ
Ｐ領域３との間に両者の分子層を交互に配列した超格子
構造２を配置する。さらに、この超格子構造２において
、ＩｎＧａＡｓの分子層数と、ＩｎＰ分子層数の比を徐
々に変化させ、ＩｎＧａＡｓ領域側ではＩｎＧａＡｓ成
分が高く、ＩｎＰ領域側ではＩｎＰ成分が高くなるよう
にする。すると、超格子構造内におけるバンド構造は、
疑似的に破線Ｅｃｏ、Ｅｖｏで示すように、ほぼその平
均的組成で定まるものとなる。すなわち、ＩｎＧａＡｓ
分子層とＩｎＰ分子層とを積層することにより、ＩｎＧ
ａＡｓＰ混晶と同等の性質を発揮させることができる。
する。図１（Ａ）は、超格子ＳＬの性質を概略的に説明
するための模式図である。ＩｎＧａＡｓ１領域と、Ｉｎ
Ｐ領域３との間に両者の分子層を交互に配列した超格子
構造２を配置する。さらに、この超格子構造２において
、ＩｎＧａＡｓの分子層数と、ＩｎＰ分子層数の比を徐
々に変化させ、ＩｎＧａＡｓ領域側ではＩｎＧａＡｓ成
分が高く、ＩｎＰ領域側ではＩｎＰ成分が高くなるよう
にする。すると、超格子構造内におけるバンド構造は、
疑似的に破線Ｅｃｏ、Ｅｖｏで示すように、ほぼその平
均的組成で定まるものとなる。すなわち、ＩｎＧａＡｓ
分子層とＩｎＰ分子層とを積層することにより、ＩｎＧ
ａＡｓＰ混晶と同等の性質を発揮させることができる。
【００２５】図１（Ｂ）は、このような超格子構造をヘ
テロバイポーラトランジスタのベース領域に採用した場
合を概略的に示す。エミッタ領域５はＩｎＰで形成され
、コレクタ領域７はＩｎＧａＡｓで形成されている。 なお、このコレクタ領域の組成はＩｎＰ基板に格子整合
するように選ばれている。ベース領域６はＩｎＰ分子層
とＩｎＧａＡｓ分子層との交互配置された超格子積層で
形成され、さらにその平均的組成が徐々に変化するよう
に選ばれている。すなわち、ベース領域のエミッタ領域
と接する部分においては、ＩｎＧａＡｓＰのＰ成分が高
くなるように設定され、コレクタ側に向うに従ってＰ成
分が減少するように選択される。このような平均的組成
変化により、疑似的伝導帯のエネルギＥｃｏは破線で示
すように、ベース領域内でコレクタ領域に向うに従って
徐々に減少するようになる。
テロバイポーラトランジスタのベース領域に採用した場
合を概略的に示す。エミッタ領域５はＩｎＰで形成され
、コレクタ領域７はＩｎＧａＡｓで形成されている。 なお、このコレクタ領域の組成はＩｎＰ基板に格子整合
するように選ばれている。ベース領域６はＩｎＰ分子層
とＩｎＧａＡｓ分子層との交互配置された超格子積層で
形成され、さらにその平均的組成が徐々に変化するよう
に選ばれている。すなわち、ベース領域のエミッタ領域
と接する部分においては、ＩｎＧａＡｓＰのＰ成分が高
くなるように設定され、コレクタ側に向うに従ってＰ成
分が減少するように選択される。このような平均的組成
変化により、疑似的伝導帯のエネルギＥｃｏは破線で示
すように、ベース領域内でコレクタ領域に向うに従って
徐々に減少するようになる。
【００２６】この時、ベース領域内にドリフト電界が発
生し、エミッタ領域からベース領域に注入されたキャリ
アはドリフト電界によって加速され、コレクタ領域に向
って高速で輸送される。なお、ベース領域６のエミッタ
領域側におけるＩｎＰ成分を所定値以上に保つことによ
り、実質的ヘテロバイポーラトランジスタの利点が得ら
れる。
生し、エミッタ領域からベース領域に注入されたキャリ
アはドリフト電界によって加速され、コレクタ領域に向
って高速で輸送される。なお、ベース領域６のエミッタ
領域側におけるＩｎＰ成分を所定値以上に保つことによ
り、実質的ヘテロバイポーラトランジスタの利点が得ら
れる。
【００２７】図１（Ｃ）は、上述の超格子構造をコレク
タ領域に採用した構成を示す。コレクタ領域７のベース
領域と接する部分を、ＩｎＰ分子層とＩｎＧａＡｓ分子
層とを積層した超格子構造で形成する。さらにこの超格
子構造において、平均的組成をベース領域から離れるに
従ってＩｎＰ成分が増加するように選ぶ。従って、この
超格子構造内における疑似的伝導帯エネルギＥｃｏは破
線で示すように徐々に増大する。
タ領域に採用した構成を示す。コレクタ領域７のベース
領域と接する部分を、ＩｎＰ分子層とＩｎＧａＡｓ分子
層とを積層した超格子構造で形成する。さらにこの超格
子構造において、平均的組成をベース領域から離れるに
従ってＩｎＰ成分が増加するように選ぶ。従って、この
超格子構造内における疑似的伝導帯エネルギＥｃｏは破
線で示すように徐々に増大する。
【００２８】このような構成とすることにより、コレク
タ領域のベース領域と接する部分においては、電位障壁
を発生させることなく、ベース領域から離れるに従って
、コレクタ領域のバンドギャップを徐々に増大させるこ
とにより、コレクタ耐圧を増大させることができる。
タ領域のベース領域と接する部分においては、電位障壁
を発生させることなく、ベース領域から離れるに従って
、コレクタ領域のバンドギャップを徐々に増大させるこ
とにより、コレクタ耐圧を増大させることができる。
【００２９】なお、ベース領域からある程度以上離れた
コレクタ領域においては、ＩｎＰ領域とすることができ
る。図２は、本発明のより具体的実施例によるヘテロバ
イポーラトランジスタの構成を示す。
コレクタ領域においては、ＩｎＰ領域とすることができ
る。図２は、本発明のより具体的実施例によるヘテロバ
イポーラトランジスタの構成を示す。
【００３０】図２（Ａ）は断面構成を示し、図２（Ｂ）
は平面構成を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１１の上に、オ
ーミックコンタクトを形成するためのｎ＋型ＩｎＧａＡ
ｓ層１２が形成され、この上にｎ− 型ＩｎＰ領域１３
ａとｎ− 型超格子領域１３ｂから構成されるコレクタ
領域１３が積層されている。ｎ− 型超格子層１３ｂは
、図１（Ｃ）に示すような、ベース領域から離れるに従
って、ＩｎＰ成分が徐々に増大するようなＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓ超格子層で形成される。たとえば、超格子の１
単位を１０分子層で構成し、各単位内におけるＩｎＰ分
子層の数を上から下に向うにつれて、２、４、８、１０
と徐々に増大させる構成とする（エピタキシャル成長の
順は逆になる）。なお、コレクタ領域の厚さに合せて各
単位を所定回数繰り返しつつ次第に組成を変化させるこ
とができる。たとえば、３回づつ繰り返し（２、２、４
）、（４、４、４）、…とする。超格子の１単位の厚さ
は、各単位内において波動関数が十分隣の単位に到達す
るように選ぶことが必要である。たとえば、１単位は１
０分子層とする。
は平面構成を示す。半絶縁性ＩｎＰ基板１１の上に、オ
ーミックコンタクトを形成するためのｎ＋型ＩｎＧａＡ
ｓ層１２が形成され、この上にｎ− 型ＩｎＰ領域１３
ａとｎ− 型超格子領域１３ｂから構成されるコレクタ
領域１３が積層されている。ｎ− 型超格子層１３ｂは
、図１（Ｃ）に示すような、ベース領域から離れるに従
って、ＩｎＰ成分が徐々に増大するようなＩｎＰ／Ｉｎ
ＧａＡｓ超格子層で形成される。たとえば、超格子の１
単位を１０分子層で構成し、各単位内におけるＩｎＰ分
子層の数を上から下に向うにつれて、２、４、８、１０
と徐々に増大させる構成とする（エピタキシャル成長の
順は逆になる）。なお、コレクタ領域の厚さに合せて各
単位を所定回数繰り返しつつ次第に組成を変化させるこ
とができる。たとえば、３回づつ繰り返し（２、２、４
）、（４、４、４）、…とする。超格子の１単位の厚さ
は、各単位内において波動関数が十分隣の単位に到達す
るように選ぶことが必要である。たとえば、１単位は１
０分子層とする。
【００３１】コレクタ領域１３の上には、ｐ型超格子で
形成されたベース領域１４が配置される。このｐ型ベー
ス領域１４は、図１（Ｂ）に示すような、組成勾配超格
子領域で形成する。たとえば、１単位を１０分子層とし
、上面におけるＩｎＧａＡｓ組成比をヘテロバイポーラ
トランジスタの利点が十分得られるように、かつコレク
タ側に向うに従って、十分な作り付け電位勾配を発生さ
せることのできるように選ぶ。
形成されたベース領域１４が配置される。このｐ型ベー
ス領域１４は、図１（Ｂ）に示すような、組成勾配超格
子領域で形成する。たとえば、１単位を１０分子層とし
、上面におけるＩｎＧａＡｓ組成比をヘテロバイポーラ
トランジスタの利点が十分得られるように、かつコレク
タ側に向うに従って、十分な作り付け電位勾配を発生さ
せることのできるように選ぶ。
【００３２】たとえば、ＩｎＧａＡｓのモル比をエミッ
タ側で０．４とし、コレクタ側でほぼ１に近い値とする
ように選ぶ。ベース領域１４の幅は、たとえば５０〜７
０ｎｍ程度とする。このベース幅内において、超格子の
平均的組成がエミッタ側からコレクタ側に向うに従って
次第にＩｎＧａＡｓ成分が増大するように設計する。ｐ
型ベース領域１４の上には、ｎ型ＩｎＰ層１５ａとオー
ミック接触を形成しやすくするためのｎ＋ 型ＩｎＧａ
Ａｓ層１５ｂからなるエミッタ領域１５が形成されてい
る。
タ側で０．４とし、コレクタ側でほぼ１に近い値とする
ように選ぶ。ベース領域１４の幅は、たとえば５０〜７
０ｎｍ程度とする。このベース幅内において、超格子の
平均的組成がエミッタ側からコレクタ側に向うに従って
次第にＩｎＧａＡｓ成分が増大するように設計する。ｐ
型ベース領域１４の上には、ｎ型ＩｎＰ層１５ａとオー
ミック接触を形成しやすくするためのｎ＋ 型ＩｎＧａ
Ａｓ層１５ｂからなるエミッタ領域１５が形成されてい
る。
【００３３】このようにして、エミッタ領域１５とベー
ス領域１４がヘテロ接合を形成し、ベース領域１４、コ
レクタ領域１３の一部においてその組成が徐々に変化す
るヘテロバイポーラトランジスタが構成される。
ス領域１４がヘテロ接合を形成し、ベース領域１４、コ
レクタ領域１３の一部においてその組成が徐々に変化す
るヘテロバイポーラトランジスタが構成される。
【００３４】ｎ＋ 型ＩｎＧａＡｓ層１２の表面には、
コレクタ電極１６が形成され、ｐ型ベース領域１４の表
面にはベース電極１７が形成され、ｎ＋ 型ＩｎＧａＡ
ｓ層１５ｂの上にはエミッタ電極１８が形成される。
コレクタ電極１６が形成され、ｐ型ベース領域１４の表
面にはベース電極１７が形成され、ｎ＋ 型ＩｎＧａＡ
ｓ層１５ｂの上にはエミッタ電極１８が形成される。
【００３５】これらの電極を形成する領域は、図２（Ｂ
）に示すように電極形成に十分な面積を露出するように
階段的に形成されている。たとえば、エミッタ領域１５
の平面は、約４×６μｍ程度の大きさとする。
）に示すように電極形成に十分な面積を露出するように
階段的に形成されている。たとえば、エミッタ領域１５
の平面は、約４×６μｍ程度の大きさとする。
【００３６】超格子の１単位は、たとえば１０分子層程
度以下とし、同一組成ないしは徐々に変化する組成の超
格子単位を積層することにより、組成勾配混晶と同等の
効果を発揮する超格子構造を形成する。組成勾配はリニ
ア、指数関数的変化等、所望の形状とすることができる
。
度以下とし、同一組成ないしは徐々に変化する組成の超
格子単位を積層することにより、組成勾配混晶と同等の
効果を発揮する超格子構造を形成する。組成勾配はリニ
ア、指数関数的変化等、所望の形状とすることができる
。
【００３７】ｎ＋ 型ＩｎＧａＡｓ層の不純物濃度は、
たとえば１０１９ｃｍ−３程度とし、ｎ− 型ＩｎＰ領
域１３ａの不純物濃度は、たとえば１０１７ｃｍ−３程
度とする。また、超格子構造内においては、ＩｎＧａＡ
ｓ分子層の不純物濃度を高めに、ＩｎＰ分子層の不純物
濃度を低めに設定し、全体として所望の不純物濃度を得
るようにする。
たとえば１０１９ｃｍ−３程度とし、ｎ− 型ＩｎＰ領
域１３ａの不純物濃度は、たとえば１０１７ｃｍ−３程
度とする。また、超格子構造内においては、ＩｎＧａＡ
ｓ分子層の不純物濃度を高めに、ＩｎＰ分子層の不純物
濃度を低めに設定し、全体として所望の不純物濃度を得
るようにする。
【００３８】図２に示すような半導体装置は、以下のよ
うな工程によって作成することができる。原子層エピタ
キシャル成長（ＡＬＥ）が可能な有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）装置内に半絶縁性ＩｎＰ基板１１を設置し、
ソースガスとしてＩｎ用にトリメチルインジウム、Ｇａ
用にトリエチルガリウム、Ａｓ用にアルシン、Ｐ用にホ
スフィンを用い、Ｈ２ をキャリアガスとして用いる。 これらの原料ガスを選択的に制御して基板上に供給し、
ＭＯＣＶＤ成長またはＡＬＥ成長を行なう。たとえば、
ＭＯＣＶＤ成長を行なう時は、基板温度を約６００℃に
設定し、必要とされる原料ガスを同時に供給する。ＡＬ
Ｅ成長を行なう時は、基板温度をたとえば３５０℃に設
定し、分子層成長に必要なガスを交互に切換えて供給す
る。
うな工程によって作成することができる。原子層エピタ
キシャル成長（ＡＬＥ）が可能な有機金属気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）装置内に半絶縁性ＩｎＰ基板１１を設置し、
ソースガスとしてＩｎ用にトリメチルインジウム、Ｇａ
用にトリエチルガリウム、Ａｓ用にアルシン、Ｐ用にホ
スフィンを用い、Ｈ２ をキャリアガスとして用いる。 これらの原料ガスを選択的に制御して基板上に供給し、
ＭＯＣＶＤ成長またはＡＬＥ成長を行なう。たとえば、
ＭＯＣＶＤ成長を行なう時は、基板温度を約６００℃に
設定し、必要とされる原料ガスを同時に供給する。ＡＬ
Ｅ成長を行なう時は、基板温度をたとえば３５０℃に設
定し、分子層成長に必要なガスを交互に切換えて供給す
る。
【００３９】このような成長により、図２（Ａ）に示す
ような積層構造を形成し、エチッングマスクを形成して
必要な部分が残るようにエッチングを行なう。コレクタ
領域内超格子構造は、たとえば２００ｎｍ程度の厚さに
形成し、ベース領域超格子構造は、たとえば５０ｎｍ程
度の厚さに形成する。
ような積層構造を形成し、エチッングマスクを形成して
必要な部分が残るようにエッチングを行なう。コレクタ
領域内超格子構造は、たとえば２００ｎｍ程度の厚さに
形成し、ベース領域超格子構造は、たとえば５０ｎｍ程
度の厚さに形成する。
【００４０】上述のようなヘテロバイポーラトランジス
タ構造により、ベース領域を極度に薄くすることなく、
キャリアのベース走行時間を短縮することができる。ま
た、コレクタ領域内に電位障壁を生じさせることなく、
コレクタ耐圧を高くすることができる。
タ構造により、ベース領域を極度に薄くすることなく、
キャリアのベース走行時間を短縮することができる。ま
た、コレクタ領域内に電位障壁を生じさせることなく、
コレクタ耐圧を高くすることができる。
【００４１】同一ＩｎＰ基板１１上に発光素子、受光素
子等の他の半導体素子を形成し、光電子集積回路（ＯＥ
ＩＣ）装置を構成することができる。以上、実施例に沿
って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限される
ものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わ
せ等が可能なことは当業者に自明であろう。
子等の他の半導体素子を形成し、光電子集積回路（ＯＥ
ＩＣ）装置を構成することができる。以上、実施例に沿
って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限される
ものではない。たとえば、種々の変更、改良、組み合わ
せ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００４２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、ベース領域内
にドリフト電界を発生させることができる。
ヘテロバイポーラトランジスタにおいて、ベース領域内
にドリフト電界を発生させることができる。
【００４３】このため、高速動作のヘテロバイポーラト
ランジスタが提供される。また、コレクタ領域内に電位
障壁を発生させることなく、コレクタ耐圧を向上させた
ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
ランジスタが提供される。また、コレクタ領域内に電位
障壁を発生させることなく、コレクタ耐圧を向上させた
ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
【００４４】このため、ヘテロバイポーラトランジスタ
の集積回路化が容易になる。
の集積回路化が容易になる。
【図１】本発明の実施例を説明するための概念図である
。図１（Ａ）は超格子の性質を説明するためのバンド構
造の概念図、図１（Ｂ）は超格子で形成したベース領域
の性質を説明するための概念図、図１（Ｃ）は超格子で
形成したコレクタ領域の性質を説明するための概念図で
ある。
。図１（Ａ）は超格子の性質を説明するためのバンド構
造の概念図、図１（Ｂ）は超格子で形成したベース領域
の性質を説明するための概念図、図１（Ｃ）は超格子で
形成したコレクタ領域の性質を説明するための概念図で
ある。
【図２】本発明の実施例による半導体装置を示す図であ
る。図２（Ａ）は断面図、図２は（Ｂ）は平面図である
。
る。図２（Ａ）は断面図、図２は（Ｂ）は平面図である
。
【図３】従来技術によるバイポーラトランジスタを説明
するための概念図である。図３（Ａ）はホモバイポーラ
トランジスタのバンド構造を示す概念図、図３（Ｂ）は
ヘテロバイポーラトランジスタの第１の構成を説明する
ための概念図、図３（Ｃ）はヘテロバイポーラトランジ
スタの第２の構成を説明するための概念図である。
するための概念図である。図３（Ａ）はホモバイポーラ
トランジスタのバンド構造を示す概念図、図３（Ｂ）は
ヘテロバイポーラトランジスタの第１の構成を説明する
ための概念図、図３（Ｃ）はヘテロバイポーラトランジ
スタの第２の構成を説明するための概念図である。
７、１３ コレクタ領域
６、１４ ベース領域
５、１５ エミッタ領域
Claims (5)
- 【請求項１】 ＩｎＰ基板上に形成され、ＩｎＰで形
成されたエミッタ領域（５）を有し、ベース領域（６）
がエミッタ領域（５）とヘテロ接合を形成するヘテロバ
イポーラトランジスタを有する半導体装置であって、前
記ヘテロバイポーラトランジスタのベース領域（６）が
ＩｎＧａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成され、
局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す
超格子構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａＡｓの
平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って増加す
る超格子構造を含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 ＩｎＰ基板上に形成され、ＩｎＰで形
成されたエミッタ領域（５）を有し、ベース領域（６）
がエミッタ領域（５）とヘテロ接合を形成するヘテロバ
イポーラトランジスタを有する半導体装置であって、前
記ヘテロバイポーラトランジスタのコレクタ領域（７）
がＩｎＧａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成され
、局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示
す超格子構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａＡｓ
の平均組成比がベース領域から離れるに従って減少する
超格子構造を含むことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 ＩｎＰ基板上に形成され、ＩｎＰで形
成されたエミッタ領域（５）を有し、ベース領域（６）
がエミッタ領域（５）とヘテロ接合を形成するヘテロバ
イポーラトランジスタを有する半導体装置であって、前
記ヘテロバイポーラトランジスタのベース領域（６）が
ＩｎＧａＡｓの分子層とＩｎＰの分子層から構成され、
局所的バンド構造がほぼ平均的組成のバンド構造を示す
超格子構造であって、該超格子構造中のＩｎＧａＡｓの
平均組成比がエミッタ側からコレクタ側に向って増加す
る超格子構造を含み、前記ヘテロバイポーラトランジス
タのコレクタ領域（７）がＩｎＧａＡｓの分子層とＩｎ
Ｐの分子層から構成され、局所的バンド構造がほぼ平均
的組成のバンド構造を示す超格子構造であって、該超格
子構造中のＩｎＧａＡｓの平均組成比がベース領域から
離れるに従って減少する超格子構造を含むことを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項４】 前記ベース領域（６）の超格子構造が
ＩｎＰで形成されたエミッタ領域と実質的なヘテロ接合
を形成する請求項１、３のいずれかに記載の半導体装置
。 - 【請求項５】 さらに、エミッタ領域、コレクタ領域
が低抵抗率のＩｎＧａＡｓ領域を含む請求項１、２、３
、４のいずれかに記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP91991A JPH04251934A (ja) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP91991A JPH04251934A (ja) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04251934A true JPH04251934A (ja) | 1992-09-08 |
Family
ID=11489066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP91991A Pending JPH04251934A (ja) | 1991-01-09 | 1991-01-09 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04251934A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5365077A (en) * | 1993-01-22 | 1994-11-15 | Hughes Aircraft Company | Gain-stable NPN heterojunction bipolar transistor |
| US5414273A (en) * | 1993-03-05 | 1995-05-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heterojunction bipolar transistor |
| US7482643B2 (en) | 2005-01-26 | 2009-01-27 | Sony Corporation | Semiconductor device |
-
1991
- 1991-01-09 JP JP91991A patent/JPH04251934A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5365077A (en) * | 1993-01-22 | 1994-11-15 | Hughes Aircraft Company | Gain-stable NPN heterojunction bipolar transistor |
| US5414273A (en) * | 1993-03-05 | 1995-05-09 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Heterojunction bipolar transistor |
| US7482643B2 (en) | 2005-01-26 | 2009-01-27 | Sony Corporation | Semiconductor device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20001024 |