JPH0680674B2 - バイポーラ・トランジスタ - Google Patents
バイポーラ・トランジスタInfo
- Publication number
- JPH0680674B2 JPH0680674B2 JP58196155A JP19615583A JPH0680674B2 JP H0680674 B2 JPH0680674 B2 JP H0680674B2 JP 58196155 A JP58196155 A JP 58196155A JP 19615583 A JP19615583 A JP 19615583A JP H0680674 B2 JPH0680674 B2 JP H0680674B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- concentration collector
- collector
- low
- collector layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/30—Devices controlled by electric currents or voltages
- H10D48/32—Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H10D48/34—Bipolar devices
- H10D48/345—Bipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明はバイポーラ・トランジスタに関するものであ
る。
る。
第１図は従来のバイポーラ・トランジスタを示す図であ
る。図において１はGa Asからなる半絶縁性基板、２はG
a Asからなるｎ形の高濃度コレクタ層、３はGa Asから
なるｎ形の低濃度コレクタ層、４はGa Asからなるｐ形
のべース層で、低濃度コレクタ層３の半導体とべース層
４の半導体とは同じGa Asである。５はGa0.7Al0.3Asか
らなるｎ形のエミッタ層、６はエミッタ電極、７はべー
ス電極、８はコレクタ電極である。
る。図において１はGa Asからなる半絶縁性基板、２はG
a Asからなるｎ形の高濃度コレクタ層、３はGa Asから
なるｎ形の低濃度コレクタ層、４はGa Asからなるｐ形
のべース層で、低濃度コレクタ層３の半導体とべース層
４の半導体とは同じGa Asである。５はGa0.7Al0.3Asか
らなるｎ形のエミッタ層、６はエミッタ電極、７はべー
ス電極、８はコレクタ電極である。
このような従来のバイポーラ・トランジスタにおいて
は、コレクタ耐圧を高くするために、低濃度コレクタ層
３の厚さをたとえば0.4μｍと大きくしている結果、動
作速度が遅いという問題点がある。
は、コレクタ耐圧を高くするために、低濃度コレクタ層
３の厚さをたとえば0.4μｍと大きくしている結果、動
作速度が遅いという問題点がある。
この発明は上述の問題点を解決するためになされたもの
で、動作速度が速く、かつコレクタ耐圧が高いバイポー
ラ・トランジスタを提供することを目的とする。
で、動作速度が速く、かつコレクタ耐圧が高いバイポー
ラ・トランジスタを提供することを目的とする。
この目的を達成するため、この発明においては、エミッ
タ層、べース層、低濃度コレクタ層、高濃度コレクタ層
の順序で積層され、上記エミッタ層の方が上記べース層
よりバンド・ギャップが大きく両層がヘテロ接合を形成
しており、上記べース層と上記低濃度コレクタ層との接
合部は上記エミッタ層と上記べース層との接合部より外
側に延在しており、上記べース層のうちの上記延在した
接合部を構成する部分に電気的に接続されたべース電極
を有するバイポーラ・トランジスタにおいて、上記低濃
度コレクタ層の厚さをそれに対する遮断周波数が約最大
となる厚さとし、かつ上記低濃度コレクタ層の方を上記
べース層よりバンド・ギャップを大きくする。
タ層、べース層、低濃度コレクタ層、高濃度コレクタ層
の順序で積層され、上記エミッタ層の方が上記べース層
よりバンド・ギャップが大きく両層がヘテロ接合を形成
しており、上記べース層と上記低濃度コレクタ層との接
合部は上記エミッタ層と上記べース層との接合部より外
側に延在しており、上記べース層のうちの上記延在した
接合部を構成する部分に電気的に接続されたべース電極
を有するバイポーラ・トランジスタにおいて、上記低濃
度コレクタ層の厚さをそれに対する遮断周波数が約最大
となる厚さとし、かつ上記低濃度コレクタ層の方を上記
べース層よりバンド・ギャップを大きくする。
第２図はこの発明に係るバイポーラ・トランジスタを示
す図である。図において11はGa Asからなる半絶縁性基
板、12は厚さが１μｍ、濃度が1018〜1019cm-3のGa As
からなるｎ形の高濃度コレクタ層、13は厚さが0.1μ
ｍ、濃度が1015〜1016cm-3のGa0.2Al0.8Asからなるｎ形
の低濃度コレクタ層、14は厚さが0.1μｍ、濃度が1018
〜1019cm-3のGa Asからなるｐ形のべース層、15は厚さ
が0.2μｍ、濃度が1017cm-3のGa0.7Al0.3Asからなるエ
ミッタ層、16はAuGe/Ni/Auからなるエミッタ電極、17は
AuZuからなるべース電極、18はAuGe/Ni/Auからなるコレ
クタ電極である。
す図である。図において11はGa Asからなる半絶縁性基
板、12は厚さが１μｍ、濃度が1018〜1019cm-3のGa As
からなるｎ形の高濃度コレクタ層、13は厚さが0.1μ
ｍ、濃度が1015〜1016cm-3のGa0.2Al0.8Asからなるｎ形
の低濃度コレクタ層、14は厚さが0.1μｍ、濃度が1018
〜1019cm-3のGa Asからなるｐ形のべース層、15は厚さ
が0.2μｍ、濃度が1017cm-3のGa0.7Al0.3Asからなるエ
ミッタ層、16はAuGe/Ni/Auからなるエミッタ電極、17は
AuZuからなるべース電極、18はAuGe/Ni/Auからなるコレ
クタ電極である。
このバイポーラ・トランジスタを製造するには、まず基
板11上に、MBE（Molecular Beam Epitaxy）法またはMO-
CVD（Metal Organic-Chemical Vapov Deposition）法に
より、順次高濃度コレクタ層12、低濃度コレクタ層13、
べース層14、エミッタ層15を形成する。つぎに、ホトレ
ジストをエッチング用マスクとして、エミッタ層15の一
部をエッチングによって取り除き、べース層14の一部を
露出させ、べース電極形成領域を形成し、また同様にし
てエミッタ層15、べース層14、低濃度コレクタ層13の一
部を取り除いて高濃度コレクタ層12の一部を露出させ、
コレクタ電極形成領域を形成する。最後に、エミッタ層
15、べース層14、高濃度コレクタ層12上にそれぞれエミ
ッタ電極16、べース電極17、コレクタ電極18を形成す
る。
板11上に、MBE（Molecular Beam Epitaxy）法またはMO-
CVD（Metal Organic-Chemical Vapov Deposition）法に
より、順次高濃度コレクタ層12、低濃度コレクタ層13、
べース層14、エミッタ層15を形成する。つぎに、ホトレ
ジストをエッチング用マスクとして、エミッタ層15の一
部をエッチングによって取り除き、べース層14の一部を
露出させ、べース電極形成領域を形成し、また同様にし
てエミッタ層15、べース層14、低濃度コレクタ層13の一
部を取り除いて高濃度コレクタ層12の一部を露出させ、
コレクタ電極形成領域を形成する。最後に、エミッタ層
15、べース層14、高濃度コレクタ層12上にそれぞれエミ
ッタ電極16、べース電極17、コレクタ電極18を形成す
る。
ところで、バイポーラ・トランジスタの動作速度は遮断
周波数□Ｔが高いほど速くなる。そして、遮断周波数ｆ
Ｔは次式で表わされる。
周波数□Ｔが高いほど速くなる。そして、遮断周波数ｆ
Ｔは次式で表わされる。
また、エミッタ空乏層充電時間をτE、べース走行時間
をτB、コレクタ走行時間をτX、コレクタ充放電時間を
τCとすると、τECは次式で表わされる。
をτB、コレクタ走行時間をτX、コレクタ充放電時間を
τCとすると、τECは次式で表わされる。
τEC＝τE＋τB＋τX＋τC そして、エミッタ空乏層充電時間τE等の典型的な値
は、τE＝4psec,τB＝1psec,τX＝3psec,τC＝7psecで
あり、コレクタ走行時間τX、コレクタ充放電時間τCは
それぞれ全体の20％，約50％と大きな比重を占めてい
る。したがって、遮断周波数ｆＴを高くして、バイポー
ラ・トランジスタの動作速度を速くするためには、コレ
クタ走行時間τXとコレクタ充放電時間τCとの和を最小
にすることが不可欠である。そして、低濃度コレクタ層
中の電子の飽和速度をvs、低濃度コレクタ層の厚さをL
CIとすると、コレクタ走行時間τXは次式で表わされ
る。
は、τE＝4psec,τB＝1psec,τX＝3psec,τC＝7psecで
あり、コレクタ走行時間τX、コレクタ充放電時間τCは
それぞれ全体の20％，約50％と大きな比重を占めてい
る。したがって、遮断周波数ｆＴを高くして、バイポー
ラ・トランジスタの動作速度を速くするためには、コレ
クタ走行時間τXとコレクタ充放電時間τCとの和を最小
にすることが不可欠である。そして、低濃度コレクタ層
中の電子の飽和速度をvs、低濃度コレクタ層の厚さをL
CIとすると、コレクタ走行時間τXは次式で表わされ
る。
また、低濃度コレクタ層の誘電率をε、コレクタ抵抗を
RCとすると、コレクタ充放電時間τCは次式で表わされ
る。
RCとすると、コレクタ充放電時間τCは次式で表わされ
る。
上記の式によれば、たとえば厚さLCIが大きくなると、
コレクタ走行時間τXが長くなるのに対して、コレクタ
充放電時間τCが短くなるから、コレクタ走行時間τXと
コレクタ充放電時間τCとの和を最小にする厚さLCIすな
わち遮断周波数ｆＴを最大にする厚さLCIが存在する。
コレクタ走行時間τXが長くなるのに対して、コレクタ
充放電時間τCが短くなるから、コレクタ走行時間τXと
コレクタ充放電時間τCとの和を最小にする厚さLCIすな
わち遮断周波数ｆＴを最大にする厚さLCIが存在する。
第３図は厚さLCIと遮断周波数ｆＴとの関係を示すグラ
フで、曲線ａはエミッタ層の寸法が２μｍ×２μｍの場
合を示し、曲線ｂはエミッタ層の寸法が４μｍ×４μｍ
の場合を示す。このグラフから明らかなように、上述実
施例のように厚さLCIを0.1μｍとすれば、遮断周波数ｆ
Ｔを高くすることができるから、バイポーラ・トランジ
スタの動作速度が速くなる。
フで、曲線ａはエミッタ層の寸法が２μｍ×２μｍの場
合を示し、曲線ｂはエミッタ層の寸法が４μｍ×４μｍ
の場合を示す。このグラフから明らかなように、上述実
施例のように厚さLCIを0.1μｍとすれば、遮断周波数ｆ
Ｔを高くすることができるから、バイポーラ・トランジ
スタの動作速度が速くなる。
第４図はGa1-XAlXAsの混晶比ｘと温度が297°Ｋのとき
のバンド・ギャップとの関係を示すグラフで、曲線ａは
Γ点のバンド・ギャップを示し、曲線ｂはＸ点のバンド
・ギャップを示す。このグラフからわかるように、従来
のように低濃度コレクタ層３としてGa As（混晶比ｘが
０）を用いたときには、低濃度コレクタ層３のバンド・
ギャップが約1.4eVであるのに対して、上述実施例のよ
うに低濃度コレクタ層13としてGa0.2Al0.8AS（混晶比が
0.8）を用いたときには、低濃度コレクタ層13のバンド
・ギャップが約2.0eVである。また、第５図は低濃度コ
レクタ層の厚さLCIとコレクタ耐圧との関係を示すグラ
フで、曲線ａはバンド・ギャップが1.4eVの場合を示
し、曲線ｂはバンド・ギャップが2.0eVの場合を示す。
このグラフから明らかなように、従来のように低濃度コ
レクタ層３としてGa Asを用いたとき（バンド・ギャッ
プが1.4eVのとき）には、厚さLCIを0.1μｍとすると、
コレクタ耐圧が約5.5Vであるのに対して、上述実施例の
ように低濃度コレクタ層13としてGa0.2Al0.8Asを用いた
とき（バンド・ギャップが2.0eVのとき）には、厚さLCI
を0.1μｍとしても、コレクタ耐圧が約7.5Vとなる。
のバンド・ギャップとの関係を示すグラフで、曲線ａは
Γ点のバンド・ギャップを示し、曲線ｂはＸ点のバンド
・ギャップを示す。このグラフからわかるように、従来
のように低濃度コレクタ層３としてGa As（混晶比ｘが
０）を用いたときには、低濃度コレクタ層３のバンド・
ギャップが約1.4eVであるのに対して、上述実施例のよ
うに低濃度コレクタ層13としてGa0.2Al0.8AS（混晶比が
0.8）を用いたときには、低濃度コレクタ層13のバンド
・ギャップが約2.0eVである。また、第５図は低濃度コ
レクタ層の厚さLCIとコレクタ耐圧との関係を示すグラ
フで、曲線ａはバンド・ギャップが1.4eVの場合を示
し、曲線ｂはバンド・ギャップが2.0eVの場合を示す。
このグラフから明らかなように、従来のように低濃度コ
レクタ層３としてGa Asを用いたとき（バンド・ギャッ
プが1.4eVのとき）には、厚さLCIを0.1μｍとすると、
コレクタ耐圧が約5.5Vであるのに対して、上述実施例の
ように低濃度コレクタ層13としてGa0.2Al0.8Asを用いた
とき（バンド・ギャップが2.0eVのとき）には、厚さLCI
を0.1μｍとしても、コレクタ耐圧が約7.5Vとなる。
なお、上述実施例においては、低濃度コレクタ層13の厚
さLCIを0.1μｍとしたが、第３図グラフから明らかなよ
うに、厚さLCIを0.03ないし0.2μｍ、さらに望ましくは
0.05ないし0.15μｍとすれば、遮断周波数ffＴを高くす
ることができ、バイポーラ・トランジスタの動作速度を
速くすることが可能である。また、上述実施例において
は、低濃度コレクタ層13をGa0.2Al0.8Asで形成したが、
Ga1-XAlXAs（ｘ＞０）で低濃度コレクタ層を形成すれば
よい。そして、第４図に示すように、Ｘ点のバンド・ギ
ャップがΓ点のバンド・ギャップよりも小さくなるよう
に混晶比ｘを定めれば（ｘ＞0.45）、低濃度コレクタ層
のバンド・ギャップをより大きくすることができ、コレ
クタ耐圧をより高くすることが可能である。さらに、上
述実施例においては、べース層14をGa Asで形成し、低
濃度コレクタ層13をGa1-XAlXAsで形成したが、べース層
と低濃度コレクタ層とをそれぞれ、InPとIn1-XAlXＰ
（ｘ＞０）,In AsとIn1-XAlXAs（ｘ＞０）、In SbとIn
1-XAlXSb（Ｘ＞０）,In PとIn1-XGaXＰ（ｘ＞０）,Ga A
sとGa PXAs1-X（ｘ＞０）とで形成してもよい。そし
て、第６図ないし第10図はそれぞれ上記半導体の混晶比
Ｘと温度が300°Ｋのときのバンド・ギャップとの関係
を示すグラフで、線ａはΓ点のバンド・ギャップを示
し、線ｂはＸ点のバンド・ギャップを示す。これらのグ
ラフから明らかなように、これらの半導体でべース層、
低濃度コレクタ層を形成した場合にも、低濃度コレクタ
層の半導体の混晶比ｘをＸ点のバンド・ギャップがΓ点
のバンド・ギャップよりも小さくなるように定めれば、
低濃度コレクタ層のバンド・ギャップをより大きくする
ことができ、コレクタ耐圧をより高くすることが可能で
ある。
さLCIを0.1μｍとしたが、第３図グラフから明らかなよ
うに、厚さLCIを0.03ないし0.2μｍ、さらに望ましくは
0.05ないし0.15μｍとすれば、遮断周波数ffＴを高くす
ることができ、バイポーラ・トランジスタの動作速度を
速くすることが可能である。また、上述実施例において
は、低濃度コレクタ層13をGa0.2Al0.8Asで形成したが、
Ga1-XAlXAs（ｘ＞０）で低濃度コレクタ層を形成すれば
よい。そして、第４図に示すように、Ｘ点のバンド・ギ
ャップがΓ点のバンド・ギャップよりも小さくなるよう
に混晶比ｘを定めれば（ｘ＞0.45）、低濃度コレクタ層
のバンド・ギャップをより大きくすることができ、コレ
クタ耐圧をより高くすることが可能である。さらに、上
述実施例においては、べース層14をGa Asで形成し、低
濃度コレクタ層13をGa1-XAlXAsで形成したが、べース層
と低濃度コレクタ層とをそれぞれ、InPとIn1-XAlXＰ
（ｘ＞０）,In AsとIn1-XAlXAs（ｘ＞０）、In SbとIn
1-XAlXSb（Ｘ＞０）,In PとIn1-XGaXＰ（ｘ＞０）,Ga A
sとGa PXAs1-X（ｘ＞０）とで形成してもよい。そし
て、第６図ないし第10図はそれぞれ上記半導体の混晶比
Ｘと温度が300°Ｋのときのバンド・ギャップとの関係
を示すグラフで、線ａはΓ点のバンド・ギャップを示
し、線ｂはＸ点のバンド・ギャップを示す。これらのグ
ラフから明らかなように、これらの半導体でべース層、
低濃度コレクタ層を形成した場合にも、低濃度コレクタ
層の半導体の混晶比ｘをＸ点のバンド・ギャップがΓ点
のバンド・ギャップよりも小さくなるように定めれば、
低濃度コレクタ層のバンド・ギャップをより大きくする
ことができ、コレクタ耐圧をより高くすることが可能で
ある。
以上説明したように、この発明に係るバイポーラ・トラ
ンジスタにおいては、動作速度が速く、かつコレクタ耐
圧が高い。このように、この発明の効果は顕著である。
ンジスタにおいては、動作速度が速く、かつコレクタ耐
圧が高い。このように、この発明の効果は顕著である。
第１図は従来のバイポーラ・トランジスタを示す図、第
２図はこの発明に係るバイポーラ・トランジスタを示す
図、第３図は低濃度コレクタ層の厚さLCIと遮断周波数f
fＴとの関係を示すグラフ、第４図はGa1-XAlXAsの混晶
比ｘとバンド・ギャップとの関係を示すグラフ、第５図
は低濃度コレクタ層の厚さLCIとコレクタ耐圧との関係
を示すグラフ、第６図ないし第10図はそれぞれIn1-XAlX
P,In1-XAlXAs,In1-XAlXSb,In1-XGaXP,Ga PXAs1-Xの混晶
比ｘとバンド・ギャップとの関係を示すグラフである。 11……半絶縁性基板 12……高濃度コレクタ層 13……低濃度コレクタ層 14……べース層 15……エミッタ層
２図はこの発明に係るバイポーラ・トランジスタを示す
図、第３図は低濃度コレクタ層の厚さLCIと遮断周波数f
fＴとの関係を示すグラフ、第４図はGa1-XAlXAsの混晶
比ｘとバンド・ギャップとの関係を示すグラフ、第５図
は低濃度コレクタ層の厚さLCIとコレクタ耐圧との関係
を示すグラフ、第６図ないし第10図はそれぞれIn1-XAlX
P,In1-XAlXAs,In1-XAlXSb,In1-XGaXP,Ga PXAs1-Xの混晶
比ｘとバンド・ギャップとの関係を示すグラフである。 11……半絶縁性基板 12……高濃度コレクタ層 13……低濃度コレクタ層 14……べース層 15……エミッタ層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 憲 東京都国分寺市東恋ヶ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−73979（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】エミッタ層、べース層、低濃度コレクタ
層、高濃度コレクタ層の順序で積層され、上記エミッタ
層の方が上記べース層よりバンド・ギャップが大きく両
層がヘテロ接合を形成しており、上記べース層と上記低
濃度コレクタ層との接合部は上記エミッタ層と上記べー
ス層との接合部より外側に延在しており、上記べース層
のうちの上記延在した接合部を構成する部分に電気的に
接続されたべース電極を有するバイポーラ・トランジス
タにおいて、上記低濃度コレクタ層の厚さはそれに対す
る遮断周波数が約最大となる厚さであり、かつ上記低濃
度コレクタ層の方が上記べース層よりバンド・ギャップ
が大きいことを特徴とするバイポーラ・トランジスタ。 - 【請求項２】上記べース層をGaAsで形成し、上記低濃度
コレクタ層をGa1-xAlxAs（ｘ＞0.45）で形成したことを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載のバイポーラ・ト
ランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58196155A JPH0680674B2 (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | バイポーラ・トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58196155A JPH0680674B2 (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | バイポーラ・トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6088464A JPS6088464A (ja) | 1985-05-18 |
| JPH0680674B2 true JPH0680674B2 (ja) | 1994-10-12 |
Family
ID=16353118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58196155A Expired - Lifetime JPH0680674B2 (ja) | 1983-10-21 | 1983-10-21 | バイポーラ・トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0680674B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4994882A (en) * | 1986-11-05 | 1991-02-19 | University Of Illinois | Semiconductor device and method |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5373979A (en) * | 1976-12-14 | 1978-06-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Transistor device |
-
1983
- 1983-10-21 JP JP58196155A patent/JPH0680674B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6088464A (ja) | 1985-05-18 |
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