JPH05291285A

JPH05291285A - バイポ―ラトランジスタ

Info

Publication number: JPH05291285A
Application number: JP4119764A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Watanabe; 則之渡邉; Takumi Iritono; 巧入戸野
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1992-04-13
Filing date: 1992-04-13
Publication date: 1993-11-05

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】半絶縁性半導体基板上に、コレクタ用半導体
層と、ベ―ス層用半導体層と、エミッタ層用半導体層と
がそれらの順に積層されている半導体積層体が形成さ
れ、そして、その半導体積層体に、上記コレクタ用半導
体層を外部に臨ませる窓が形成され、また、上記コレク
タ用半導体層上に、上記窓に臨む領域上において、上記
ベ―ス用半導体層に比し高い導電型を与える不純物濃度
を有する外部ベ―ス用半導体層が形成されているバイポ
―ラトランジスタにおいて、外部ベ―ス用半導体層に再
結合電流がほとんど流れないようにする。【構成】上述したバイポ―ラトランジスタにおいて、
上記外部ベ―ス用半導体層１８が、上記ベ―ス用半導体
層４に比し拡いエネルギバンドギャップを有す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、外部ベ―ス層としての半導体層
を有するバイポ―ラトランジスタに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図４を伴って次に述べるバイポ―
ラトランジスタが提案されている。

【０００３】すなわち、例えばＧａＡｓでなる半絶縁性
半導体基板１上に、ｎ⁺型を有し且つ例えばＧａＡｓで
なるコレクタコンタクト層としての半導体層２と、ｎ型
を有し且つ例えばＧａＡｓでなるコレクタ層としての半
導体層３と、ｐ型を有し且つ例えばＧａＡｓでなるベ―
ス層としての半導体層４と、ｎ型を有し且つ例えばＡｌ
ＧａＡｓ系（例えばＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ）でなるエミ
ッタ層としての半導体層５とがそれらの順に積層されて
いる半導体積層体７が形成されている。

【０００４】そして、その半導体積層体７に、ベ―ス層
としての半導体層４を外部に臨ませる窓乃至切欠１１
が、エミッタ層としての半導体層５をアイランド状に残
すように形成されている。

【０００５】また、半導体積層体７に、コレクタコンタ
クト層としての半導体層２を外部に臨ませる窓乃至切欠
１２が、コレクタ層としての半導体層３及びベ―ス層と
しての半導体層４を、その上にアイランド状の半導体層
５が形成されている態様で、コレクタ層としての半導体
層３及びベ―ス層としての半導体層４の半導体積層体９
をアイランド状に残すように形成されている。

【０００６】また、ベ―ス層としての半導体層４内に、
窓乃至切欠１１に臨む領域おいて、外部ベ―ス層として
のｐ⁺型の半導体領域８が、半導体層４上からのｐ型不
純物の拡散導入によって形成されている。

【０００７】さらに、上述した窓乃至切欠１１及び１２
を形成し且つ上述した半導体領域８を形成している半導
体積層体７上に、それを覆って、コレクタコンタクト層
としての半導体層２を外部に臨ませる窓１３と外部ベ―
ス層としての半導体領域８を外部に臨ませる窓１７とエ
ミッタ層としての半導体層５を外部に臨ませる窓１４と
を有し且つ例えばＳｉＮでなる絶縁膜１５が形成されて
いる。

【０００８】また、コレクタコンタクト層としての半導
体層２、外部ベ―ス層としての半導体領域８及びエミッ
タ層としての半導体層５に、窓１３、１７及び１４の位
置においてそれぞれ連結しているコレクタ電極層として
の電極層２２、ベ―ス電極層としての電極層２３及びエ
ミッタ電極層としての電極層２４が付されている。

【０００９】以上が、従来提案されているバイポ―ラト
ランジスタの構成である。

【００１０】このような構成を有する従来のバイポ―ラ
トランジスタによれば、外部ベ―ス層としてのｐ⁺型を
有する半導体領域８を有するので、ベ―スコンタクト抵
抗が、外部ベ―ス層としての半導体領域８を有さず、ベ
―ス層としての半導体層４にベ―ス電極層としての電極
層２３が付されている構成を有するバイポ―ラトランジ
スタに比し低く、このため、バイポ―ラトランジスタと
しての機能が、外部ベ―ス層としての半導体領域８を有
さず、ベ―ス層としての半導体層４にベ―ス電極層とし
ての電極層２３が付されている構成を有するバイポ―ラ
トランジスタに比し優れた特性を有して得られる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図４に示す従来のバイ
ポ―ラトランジスタの場合、外部ベ―ス層としてのｐ⁺
型の半導体領域８は、ベ―ス層としての半導体層４内へ
のｐ型不純物の拡散導入によって形成されているため、
エネルギバンドギャップが互にほぼ等しく、このため、
ベ―ス層としての半導体領域４からみた、少数キャリア
（この場合、電子）に対する外部ベ―ス層としての半導
体領域８の障壁が、図５に示すように、十分低く、従っ
て、少数キャリア（電子）がベ―ス層としての半導体領
域４から外部ベ―ス層としての半導体領域８内に注入す
るのが容易である。

【００１２】また、ベ―ス層としての半導体層４及び外
部ベ―ス層としての半導体領域８における少数キャリア
の濃度が、互に等しく、エミッタ・ベ―ス間の封入電圧
をＶ_bi、温度をＴ、ｋをボルツマン定数、ｅを素電荷、
ｎ_poを定数とするとき、次の（１）式のｎ_iで与えられ
る。ｎ_i＝ｎ_poｅｘｐ｛ｅ（Ｖ_BE−Ｖ_bi）／ｋＴ）………………（１）

【００１３】一方、外部ベ―ス層としての半導体領域８
は、ｐ型を与える不純物を高濃度に導入していることか
ら、キャリアの再結合中心を比較的高い密度で有してい
る。

【００１４】以上のことから、図４に示す従来のバイポ
―ラトランジスタの場合、外部ベ―ス層としての半導体
領域８において、少数キャリアにもとずく電子と正孔と
の再結合による再結合電流が無視し得ない量で生じ、よ
って、電流増幅率が所期の高い値で得られない、という
欠点を有していた。

【００１５】よって、本発明は上述した欠点のない、新
規なバイポ―ラトランジスタを提案せんとするものであ
る。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明によるバイポ―ラ
トランジスタは、（ｉ）半絶縁性半導体基板上に、第１
の導電型を有するコレクタ層としての第１の半導体層
と、第１の導電型とは逆の第２の導電型を有するベ―ス
層としての第２の半導体層と、第１の導電型を有するエ
ミッタ層としての第３の半導体層とがそれらの順に積層
されている半導体積層体が形成され、（ｉｉ）そして、
その半導体積層体に、上記第１の半導体層を外部に臨ま
せる窓が形成され、また、（ｉｉｉ）上記第１の半導体
層上に、上記窓に臨む領域上において、第２の導電型を
有し且つ上記第２の半導体層に比し高い第２の導電型を
与える不純物濃度を有するとともに上記第２の半導体層
に比し拡いエネルギバンドギャップを有する外部ベ―ス
層としての第４の半導体層が上記第２の半導体層と連接
して形成されている。

【００１７】

【作用・効果】本発明によるバイポ―ラトランジスタに
よれば、半導体積層体の半絶縁性半導体基板、及び第
１、第２及び第３の半導体層が、図４で前述した従来の
バイポ―ラトランジスタの半絶縁性半導体基板１、及び
半導体層３、４及び５にそれぞれ対応し、従って、半導
体積層体が、図４で前述した従来のバイポ―ラトランジ
スタの半導体積層体７に対応し、また、外部ベ―ス層と
しての第４の半導体層が、図４で前述した従来のバイポ
―ラトランジスタの外部ベ―ス層としての半導体領域８
に対応しているので、詳細説明は省略するが、図４で前
述した従来のバイポ―ラトランジスタの場合に準じて、
バイポ―ラトランジスタとしての機能が、外部ベ―ス層
としての第４の半導体層を有しないバイポ―ラトランジ
スタの場合に比し優れた特性を有して得られる。

【００１８】しかしながら、本発明によるバイポ―ラト
ランジスタの場合、外部ベ―ス層としての第４の半導体
層が、ベ―ス層としての第２の半導体層に比し拡いエネ
ルギバンドギャップを有しているので、ベ―ス層として
の第２の半導体層からみた、少数キャリアに対する外部
ベ―ス層としての第４の半導体領域の障壁が、図４で前
述した従来のバイポ―ラトランジスタの場合のベ―ス層
としての半導体層４からみた、少数キャリアに対する外
部ベ―ス層としての半導体領域８の障壁に比し高く、こ
のため、少数キャリアがベ―ス層としての第２の半導体
層から外部ベ―ス層としての第４の半導体層内に注入す
るのが、図４で前述した従来のバイポ―ラトランジスタ
の場合において少数キャリアがベ―ス層としての半導体
層４から外部ベ―ス層としての半導体領域８内に注入す
るのに比し困難である。

【００１９】また、ベ―ス層としての第２の半導体層に
おける少数キャリアの濃度は、第１、第２及び第３の半
導体層の導電型がそれぞれｎ型、ｐ型及びｎ型である場
合でみて、図４で前述した従来のバイポ―ラトランジス
タで述べた前述した（１）式のｎi で与えられるが、外
部ベ―ス層としての第４の半導体層における少数キャリ
アの濃度は、ベ―ス層としての第２の半導体層と外部ベ
―ス層としての第４の半導体層との間のエネルギバンド
ギャップの差を△Ｖとするとき、次の（２）式で与えら
れる。ｎ_o＝ｎ_poｅｘｐ｛ｅ（Ｖ_BE−Ｖ_bi−△Ｖ）／ｋＴ｝………（２）

【００２０】従って、外部ベ―ス層としての第４の半導
体層における少数キャリアの濃度の、ベ―ス層としての
第２の半導体層の少数キャリアの濃度に対する割合は、
次の（３）式で与えられる。ｎ_o／ｎ_i＝ｅｘｐ（−ｅ△Ｖ／ｋＴ） ………………（３）

【００２１】以上のことから、本発明によるバイポ―ラ
トランジスタによれば、外部ベ―ス層としての第４の半
導体層が、第２の導電型を与える不純物を高濃度に導入
していることによってキャリアの再結合中心を比較的高
い密度で有していても、また、このために、外部ベ―ス
層としての第４の半導体層において少数キャリアにもと
ずく電子と正孔との再結合による再結合電流が生ずると
しても、その再結合電流が無視し得る量でしか生ぜず、
よって、電流増幅率を、図４で前述した従来のバイポ―
ラトランジスタの場合に比し高い所期の値で得ることが
できる。

【００２２】

【実施例１】次に、図１を伴って、本発明によるバイポ
―ラトランジスタの第１の実施例を述べよう。

【００２３】図１において、図４との対応部分には同一
符号を付して示す。

【００２４】図１に示す本発明によるバイポ―ラトラン
ジスタは、次に述べる構成を有する。

【００２５】すなわち、図４で前述した従来のバイポ―
ラトランジスタの場合と同様に、例えばＧａＡｓでなる
半絶縁性半導体基板１上に、ｎ+ 型を有し且つ例えばＧ
ａＡｓでなるコレクタコンタクト層としての半導体層２
と、ｎ型を有し且つ例えばＧａＡｓでなるコレクタ層と
しての半導体層３と、ｐ型を有し且つ例えばＧａＡｓで
なるベ―ス層としての半導体層４と、ｎ型を有し且つ例
えばＡｌＧａＡｓ系（例えばＡｌ_0.3Ｇａ_0.7Ａｓ）で
なるエミッタ層としての半導体層５とがそれらの順に積
層されている半導体積層体７が形成されている。

【００２６】そして、その半導体積層体７に、エミッタ
層としての半導体層５の下部を半導体層５′として残
し、その下部の半導体層５′を外部に臨ませる窓乃至切
欠１１が、エミッタ層としての半導体層５の上部をアイ
ランド状の半導体層５″として残すように形成されてい
る。

【００２７】また、半導体積層体７に、図４で前述した
従来のバイポ―ラトランジスタの場合に準じて、コレク
タコンタクト層としての半導体層２を外部に臨ませる窓
乃至切欠１２が、コレクタ層としての半導体層３、ベ―
ス層としての半導体層４及びエミッタ層としての半導体
層５の下部による半導体層５′を、その上にアイランド
状の半導体層５の上部による半導体層５″が形成されて
いる態様で、コレクタ層としての半導体層３、ベ―ス層
としての半導体層４及びエミッタ層としての半導体層５
の下部による半導体層５′の半導体積層体１９をアイラ
ンド状に残すように形成されている。

【００２８】また、ベ―ス層としての半導体層４に、窓
乃至切欠１１に臨む領域おいて、コレクタ層としての半
導体層３を外部に臨ませる窓１７が形成され、そして、
コレクタ層としての半導体層３上に、ベ―ス層としての
半導体層４の窓１７に臨む領域において、ｐ⁺型を有
し、且つ図２に示すように、ベ―ス層としての半導体層
４に比し０．１ｅＶ以上拡いエネルギバンドを有する、
例えばＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓでなる外部ベ―ス層として
の半導体層１８が、結晶成長によって形成されている。

【００２９】さらに、上述した窓乃至切欠１１及び１２
を形成し且つ上述した半導体層１８を形成している半導
体積層体７上に、それを覆って、コレクタコンタクト層
としての半導体層２を外部に臨ませる窓１３と外部ベ―
ス層としての半導体層１８を外部に臨ませる窓１７とエ
ミッタ層としての半導体層５の上部による半導体層５″
を外部に臨ませる窓１４とを有し且つ例えばＳｉＮでな
る絶縁膜１５が形成されている。

【００３０】また、コレクタコンタクト層としての半導
体層２、外部ベ―ス層としての半導体領域８及びエミッ
タ層としての半導体層５の上部による半導体層５″に、
窓１３、１７及び１４の位置においてそれぞれ連結して
いるコレクタ電極層としての電極層２２、ベ―ス電極層
としての電極層２３及びエミッタ電極層としての電極層
２４が付されている。

【００３１】以上が、本発明によるバイポ―ラトランジ
スタの構成である。

【００３２】このような構成を有する本発明によるバイ
ポ―ラトランジスタによれば、半導体積層体７の半絶縁
性半導体基板１、及び半導体層３、４及び５が、図４で
前述した従来のバイポ―ラトランジスタの半絶縁性半導
体基板１、及び半導体層３、４及び５にそれぞれ対応
し、従って、半導体積層体７が、図４で前述した従来の
バイポ―ラトランジスタの半導体積層体７に対応し、ま
た、外部ベ―ス層としての半導体層１８が、図４で前述
した従来のバイポ―ラトランジスタの外部ベ―ス層とし
ての半導体領域８に対応しているので、詳細説明は省略
するが、図４で前述した従来のバイポ―ラトランジスタ
の場合に準じて、バイポ―ラトランジスタとしての機能
が、外部ベ―ス層としての半導体層１８を有しないバイ
ポ―ラトランジスタの場合に比し優れた特性を有して得
られる。

【００３３】しかしながら、図１に示す本発明によるバ
イポ―ラトランジスタの場合、外部ベ―ス層としての半
導体層１８が、ベ―ス層としての半導体層に比し拡いエ
ネルギバンドギャップを有しているので、ベ―ス層とし
ての半導体層４からみた、少数キャリア（本例の場合、
電子）に対する外部ベ―ス層としての半導体層１８の障
壁が、図２に示すように、図４で前述した従来のバイポ
―ラトランジスタの場合のベ―ス層としての半導体層４
からみた、少数キャリア（電子）に対する外部ベ―ス層
としての半導体領域８の障壁に比し高く、このため、少
数キャリアがベ―ス層としての半導体層から外部ベ―ス
層としての半導体層１８内に注入するのが、図４で前述
した従来のバイポ―ラトランジスタの場合において少数
キャリア（電子）がベ―ス層としての半導体層４から外
部ベ―ス層としての半導体領域８内に注入するのに比し
困難である。

【００３４】また、ベ―ス層としての半導体層４におけ
る少数キャリア（電子）の濃度は、図４で前述した従来
のバイポ―ラトランジスタで述べた前述した（１）式の
ｎ_iで与えられるが、外部ベ―ス層としての半導体層１
８における少数キャリア（電子）の濃度は、ベ―ス層と
しての半導体層４と外部ベ―ス層としての半導体層１８
との間のエネルギバンドギャップの差を△Ｖとすると
き、

【作用・効果】の項における（２）式と同じ（２）′式
で与えられる。ｎ_o＝ｎ_poｅｘｐ｛ｅ（Ｖ_BE−Ｖ_bi−△Ｖ）／ｋＴ｝………（２）′

【００３５】従って、外部ベ―ス層としての半導体層１
８における少数キャリアの濃度の、ベ―ス層としての半
導体層４の少数キャリアの濃度に対する割合は、

【作用・効果】の項における（３）式と同じ次の
（３）′式で与えられ、本例の場合、ベ―ス層としての
半導体層４が１．４２ｅＶのエネルギバンドを有するＧ
ａＡｓでなり、また、外部ベ―ス層としての半導体層１
８が１．５４９ｅＶのエネルギバンドギャップを有する
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ａｓでなることから、ΔＶ＝０．１２
４７ｅＶであるので、Ｔ＝３００Ｋとする場合、約１％
弱であるに過ぎない。ｎ_o／ｎ_i＝ｅｘｐ（−ｅ△Ｖ／ｋＴ） ………………（３）′

【００３６】以上のことから、図１に示す本発明による
バイポ―ラトランジスタによれば、外部ベ―ス層として
の半導体層１８が、ｐ型を与える不純物を高濃度に導入
していることによってキャリアの再結合中心を比較的高
い密度で有していても、また、このために、外部ベ―ス
層としての半導体層１８において少数キャリアにもとず
く電子と正孔との再結合による再結合電流が生ずるとし
ても、その再結合電流が無視し得る量でしか生ぜず、よ
って、電流増幅率を、図４で前述した従来のバイポ―ラ
トランジスタの場合に比し高い所期の値で得ることがで
きる。

【００３７】

【実施例２】次に、図３を伴って、本発明によるバイポ
―ラトランジスタの第２の実施例を述べよう。

【００３８】図３において、図１との対応部分には同一
符号を付して詳細説明を省略する。

【００３９】図３に示す本発明によるバイポ―ラトラン
ジスタは、半導体積層体７に形成されている窓乃至切欠
１１が、エミッタ層としての半導体層５の下部を半導体
層５′として残し且つ半導体層５の上部をアイランド状
の半導体層５″として残し、そして、半導体層５の下部
の半導体層５′を外部に臨ませるように形成されている
のに代え、コレクタ層としての半導体層３を外部に臨ま
せるように、ベ―ス層としての半導体層４及びエミッタ
層としての半導体層５をアイランド状に半導体積層体２
０として残して形成されていることを除いて、図１で上
述した本発明によるバイポ―ラトランジスタと同様の構
成を有する。

【００４０】このような構成を有する本発明によるバイ
ポ―ラトランジスタによれば、上述した事項を除いて、
図１で上述した本発明によるバイポ―ラトランジスタと
同様の構成を有するので、詳細説明は省略するが、図１
で上述した本発明によるバイポ―ラトランジスタと同様
の作用効果が得られる。ただし、本例の場合、ベ―ス層
としての半導体層４がアイランド状であるので、図１で
上述したベ―ス・コレクタ容量を、本発明によるバイポ
―ラトランジスタの場合に比し小さくすることもでき、
このため、高周波特性を図１で上述した本発明によるバ
イポ―ラトランジスタの場合に比し向上させることがで
きる。

【００４１】なお、上述においては、本発明の１つの実
施例を示したに留まり、上述した本発明の実施例におい
て、ｐ型をｎ型、ｎ型をｐ型と読み代えることもでき、
また、マスク層１５として、ＳｉＮでなるのに代え、Ｓ
ｉＯ₂でなるものを用いることもできる。

【００４２】また、上述においては、ベ―ス層としての
半導体層４がＧａＡｓでなり、エミッタ層としての半導
体層５がＡｌＧａＡｓ層でなることによってヘテロ接合
型であるバイポ―ラトランジスタの実施例に、本発明を
適用した場合につき述べたが、本発明をホモ接合型のバ
イポ―ラトランジスタに適用することもでき、また、あ
る場合は、コレクタコンタクト層としての半導体層２が
省略されているバイポ―ラトランジスタに適用すること
もでき、その他、本発明の精神を脱することなしに、種
々の変型、変更をなし得るであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるバイポ―ラトランジスタの第１の
実施例を示す略線的断面図である。

【図２】本発明によるバイポ―ラトランジスタの第１の
実施例の説明に供する、エネルギバンド構造を示す図で
ある。

【図３】本発明によるバイポ―ラトランジスタの第１の
実施例を示す略線的断面図である。

【図４】従来のバイポ―ラトランジスタを示す略線的断
面図である。

【図５】従来のバイポ―ラトランジスタの説明に供す
る、エネルギバンド構造を示す図である。

【符号の説明】

１半絶縁性半導体基板２コレクタコンタクト層としての半導体
層３コレクタ層としての半導体層４ベ―ス層としての半導体層５エミッタ層としての半導体層７半導体積層体８外部ベ―ス層としての半導体層９半導体積層体１１窓乃至切欠１２窓乃至切欠１３絶縁膜１５に形成された窓１４絶縁膜１５に形成された窓１５絶縁膜１６絶縁層に形成された窓１７半導体層４に形成された窓２０半導体積層体２２コレクタ電極層としての電極層２３ベ―ス電極層としての電極層２４エミッタ電極層としての電極層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半絶縁性半導体基板上に、第１の導電型
を有するコレクタ層としての第１の半導体層と、第１の
導電型とは逆の第２の導電型を有するベ―ス層としての
第２の半導体層と、第１の導電型を有するエミッタ層と
しての第３の半導体層とがそれらの順に積層されている
半導体積層体が形成され、上記半導体積層体に、上記第１の半導体層を外部に臨ま
せる窓が形成され、上記第１の半導体層上に、上記窓に臨む領域上におい
て、第２の導電型を有し且つ上記第２の半導体層に比し
高い第２の導電型を与える不純物濃度を有するとともに
上記第２の半導体層に比し拡いエネルギバンドギャップ
を有する外部ベ―ス層としての第４の半導体層が上記第
２の半導体層と連接して形成されていることを特徴とす
るバイポ―ラトランジスタ。