JPH09102501A - マルチエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタ - Google Patents
マルチエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタInfo
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- JPH09102501A JPH09102501A JP7258933A JP25893395A JPH09102501A JP H09102501 A JPH09102501 A JP H09102501A JP 7258933 A JP7258933 A JP 7258933A JP 25893395 A JP25893395 A JP 25893395A JP H09102501 A JPH09102501 A JP H09102501A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低電圧動作が可能なマルチエミッタ型ヘテロ
バイポーラトランジスタを提供する。 【解決手段】 第1導電型の化合物半導体からなるコレ
クタ層と、前記コレクタ層の表面上に形成され、前記第
1導電型と反対の第2導電型の化合物半導体からなるベ
ース層と、前記ベース層の表面上の一部の領域に形成さ
れた第1導電型のInGaPからなる第1エミッタ層
と、前記ベース層の表面上の前記第1エミッタ層とは異
なる一部の領域に形成された第1導電型のInGaPか
らなる第2エミッタ層とを有する。
バイポーラトランジスタを提供する。 【解決手段】 第1導電型の化合物半導体からなるコレ
クタ層と、前記コレクタ層の表面上に形成され、前記第
1導電型と反対の第2導電型の化合物半導体からなるベ
ース層と、前記ベース層の表面上の一部の領域に形成さ
れた第1導電型のInGaPからなる第1エミッタ層
と、前記ベース層の表面上の前記第1エミッタ層とは異
なる一部の領域に形成された第1導電型のInGaPか
らなる第2エミッタ層とを有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも2つ以
上のエミッタを有するマルチエミッタ型ヘテロバイポー
ラトランジスタに関する。
上のエミッタを有するマルチエミッタ型ヘテロバイポー
ラトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、高速化への
要求がますます強まってきており、シリコンのMOSF
ETやバイポーラトランジスタよりも高速動作可能な半
導体素子が期待されている。
要求がますます強まってきており、シリコンのMOSF
ETやバイポーラトランジスタよりも高速動作可能な半
導体素子が期待されている。
【0003】複数のエミッタを持つマルチエミッタ型ヘ
テロバイポーラトランジスタにおいて、エミッタのn型
不純物濃度を電子の有効状態密度(約5×1017c
m-3)よりも十分高い2×1018cm-3とし、ベースの
p型不純物濃度を正孔の有効状態密度(約1×1019c
m-3)よりも十分高い5×1019cm-3とすると、ベー
ス抵抗を低減できるため、室温で高速動作が可能にな
る。
テロバイポーラトランジスタにおいて、エミッタのn型
不純物濃度を電子の有効状態密度(約5×1017c
m-3)よりも十分高い2×1018cm-3とし、ベースの
p型不純物濃度を正孔の有効状態密度(約1×1019c
m-3)よりも十分高い5×1019cm-3とすると、ベー
ス抵抗を低減できるため、室温で高速動作が可能にな
る。
【0004】図4(A)は、従来のマルチエミッタ型ヘ
テロバイポーラトランジスタ(ME−HBT)の断面図
を示す。半絶縁性GaAs基板50の上に、分子線エピ
タキシ(MBE)または有機金属化学気相成長(MOC
VD)等により、n+ 型GaAsコンタクト層51、n
型GaAsコレクタ層52、p+ 型GaAsベース層5
3が積層されている。ベース層53の上に、2つのn型
AlGaAsエミッタ層54A及び54Bが形成されて
いる。エミッタ層54A及び54Bの上にそれぞれn+
型GaAsエミッタコンタクト層55A及び55Bが形
成されている。AlGaAsエミッタ層54A及び54
BのAlの組成比は、所望のエネルギギャップを得るた
めに0.3とされている。
テロバイポーラトランジスタ(ME−HBT)の断面図
を示す。半絶縁性GaAs基板50の上に、分子線エピ
タキシ(MBE)または有機金属化学気相成長(MOC
VD)等により、n+ 型GaAsコンタクト層51、n
型GaAsコレクタ層52、p+ 型GaAsベース層5
3が積層されている。ベース層53の上に、2つのn型
AlGaAsエミッタ層54A及び54Bが形成されて
いる。エミッタ層54A及び54Bの上にそれぞれn+
型GaAsエミッタコンタクト層55A及び55Bが形
成されている。AlGaAsエミッタ層54A及び54
BのAlの組成比は、所望のエネルギギャップを得るた
めに0.3とされている。
【0005】コンタクト層51にAuGe/Auコレク
タ電極56がオーミック接触し、エミッタコンタクト層
55A及び55BにそれぞれAuGe/Auエミッタ電
極57A及び57Bがオーミック接触している。ベース
層53には、直接電極が接続されていない。ベース層5
3に電極を接続しないため、製造プロセスが簡便であ
り、集積化にも適している。
タ電極56がオーミック接触し、エミッタコンタクト層
55A及び55BにそれぞれAuGe/Auエミッタ電
極57A及び57Bがオーミック接触している。ベース
層53には、直接電極が接続されていない。ベース層5
3に電極を接続しないため、製造プロセスが簡便であ
り、集積化にも適している。
【0006】図4(B)は、図4(A)に示すME−H
BTのエネルギバンド図を示す。図の左から順にエミッ
タ層54Aと54B、ベース層53、及びコレクタ層5
2を表す。エミッタ領域においては、2つのエミッタ層
54Aと54Bに対応するエネルギ準位をそれぞれ実線
と破線で示す。エミッタ層54Aはベース層53に対し
て順方向にバイアスされ、エミッタ層54Bは逆方向に
バイアスされている。
BTのエネルギバンド図を示す。図の左から順にエミッ
タ層54Aと54B、ベース層53、及びコレクタ層5
2を表す。エミッタ領域においては、2つのエミッタ層
54Aと54Bに対応するエネルギ準位をそれぞれ実線
と破線で示す。エミッタ層54Aはベース層53に対し
て順方向にバイアスされ、エミッタ層54Bは逆方向に
バイアスされている。
【0007】エミッタ層54Aからベース層53中に電
子が注入される。ベース層53中に注入された電子の一
部は正孔と再結合する。通常のHBTの場合には、再結
合によって減少した正孔はベース電極からの注入により
補償される。逆バイアスされたエミッタとベースとのp
n接合領域を、電子がトンネル現象によってベースから
エミッタに流れることにより、ベース中に正孔が発生す
る。この正孔が順バイアスされたエミッタとベースとの
pn接合近傍まで拡散することにより、再結合によって
減少した正孔が補償される。
子が注入される。ベース層53中に注入された電子の一
部は正孔と再結合する。通常のHBTの場合には、再結
合によって減少した正孔はベース電極からの注入により
補償される。逆バイアスされたエミッタとベースとのp
n接合領域を、電子がトンネル現象によってベースから
エミッタに流れることにより、ベース中に正孔が発生す
る。この正孔が順バイアスされたエミッタとベースとの
pn接合近傍まで拡散することにより、再結合によって
減少した正孔が補償される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図4(A)に示すME
−HBTの低電圧、高速動作を可能にするためには、ベ
ース層53からエミッタ層54Bへの電子のツェナート
ンネル現象が容易に起こることが好ましい。ツェナート
ンネル現象によるトンネル電流密度Jtは、
−HBTの低電圧、高速動作を可能にするためには、ベ
ース層53からエミッタ層54Bへの電子のツェナート
ンネル現象が容易に起こることが好ましい。ツェナート
ンネル現象によるトンネル電流密度Jtは、
【0009】
【数1】 Jt=((2 m* )0.5q3 Emax V/ ((2πh)2(EgGaAs+ ΔEc)) × exp((- π(m* )0.5(Eg GaAs+ ΔEc)1.5)/(80.5qE max h)) …(1) と表される。ここで、
【0010】
【数2】E max =(-Ls+((Ls)2+4a(Vd+V))0.5)/2a a=(((1/Nd)+(1/Na))ε)(2q) であり、m* はトンネル層の電子の有効質量、qは素電
荷、Vは印加電圧、hはプランク定数、EgGaAsはGa
Asのバンドギャップ、ΔEcは伝導帯のバンド端の不
連続エネルギ、Lsはノンドープスペーサ層の厚さ、V
dはpn接合の拡散電位、Ndはn層のドープ量、Na
はp層のドープ量、εは誘電率を表す。なお、ノンドー
プスペーサ層は、図4(A)には示されていないが、エ
ミッタ層54Aとベース層53との間、及びエミッタ層
54Bとベース層53との間に挿入されるGaAs層の
ことである。
荷、Vは印加電圧、hはプランク定数、EgGaAsはGa
Asのバンドギャップ、ΔEcは伝導帯のバンド端の不
連続エネルギ、Lsはノンドープスペーサ層の厚さ、V
dはpn接合の拡散電位、Ndはn層のドープ量、Na
はp層のドープ量、εは誘電率を表す。なお、ノンドー
プスペーサ層は、図4(A)には示されていないが、エ
ミッタ層54Aとベース層53との間、及びエミッタ層
54Bとベース層53との間に挿入されるGaAs層の
ことである。
【0011】式(1)から分かるように、大きなトンネ
ル電流Jtを得るためには、EgGa As+ΔEcが小さい
ことが好ましい。図4(A)に示すME−HBTにおい
ては、AlGaAsとGaAsとの伝導帯のバンド端不
連続が約0.22eVであり、EgGaAs+ΔEcが約
1.7eVになる。より低電圧動作を行わせるために
は、ΔEcの小さい材料を選択することが好ましい。
ル電流Jtを得るためには、EgGa As+ΔEcが小さい
ことが好ましい。図4(A)に示すME−HBTにおい
ては、AlGaAsとGaAsとの伝導帯のバンド端不
連続が約0.22eVであり、EgGaAs+ΔEcが約
1.7eVになる。より低電圧動作を行わせるために
は、ΔEcの小さい材料を選択することが好ましい。
【0012】また、AlGaAsとGaAsでは、価電
子帯のバンド端不連続ΔEvが0.12Vと比較的小さ
い。このため、ベース層からエミッタ層への正孔の逆注
入が起こりやすく、大きな電流利得を得ることが困難で
あった。
子帯のバンド端不連続ΔEvが0.12Vと比較的小さ
い。このため、ベース層からエミッタ層への正孔の逆注
入が起こりやすく、大きな電流利得を得ることが困難で
あった。
【0013】上記課題を解決するため、InGaAsを
ベース層とし、InPまたはInAlAsをエミッタ層
としたInGaAs系HBTが提案されている。しか
し、InGaAs系のHBTにおいては、InGaAs
のバンドギャップが0.76eVと小さいため、室温で
の動作が不安定になる。また、InP基板を用いる必要
があるため、GaAs基板を用いる場合に比べて量産性
及び価格の点で劣り、実用化が困難である。
ベース層とし、InPまたはInAlAsをエミッタ層
としたInGaAs系HBTが提案されている。しか
し、InGaAs系のHBTにおいては、InGaAs
のバンドギャップが0.76eVと小さいため、室温で
の動作が不安定になる。また、InP基板を用いる必要
があるため、GaAs基板を用いる場合に比べて量産性
及び価格の点で劣り、実用化が困難である。
【0014】本発明の目的は、低電圧動作が可能なマル
チエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタを提供する
ことである。
チエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタを提供する
ことである。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点による
と、第1導電型の化合物半導体からなるコレクタ層と、
前記コレクタ層の表面上に形成され、前記第1導電型と
反対の第2導電型の化合物半導体からなるベース層と、
前記ベース層の表面上の一部の領域に形成された第1導
電型のInGaPからなる第1エミッタ層と、前記ベー
ス層の表面上の前記第1エミッタ層とは異なる一部の領
域に形成された第1導電型のInGaPからなる第2エ
ミッタ層とを有するマルチエミッタ型ヘテロバイポーラ
トランジスタが提供される。
と、第1導電型の化合物半導体からなるコレクタ層と、
前記コレクタ層の表面上に形成され、前記第1導電型と
反対の第2導電型の化合物半導体からなるベース層と、
前記ベース層の表面上の一部の領域に形成された第1導
電型のInGaPからなる第1エミッタ層と、前記ベー
ス層の表面上の前記第1エミッタ層とは異なる一部の領
域に形成された第1導電型のInGaPからなる第2エ
ミッタ層とを有するマルチエミッタ型ヘテロバイポーラ
トランジスタが提供される。
【0016】本発明の他の観点によると、前記ベース層
がGaAsにより形成されているマルチエミッタ型ヘテ
ロバイポーラトランジスタが提供される。InGaPと
GaAsとの伝導帯のバンド端不連続が、AlGaAs
とGaAsとのそれに比べて小さいため、動作電圧を低
くすることができる。また、InGaPとGaAsとの
価電子帯のバンド端不連続が、AlGaAsとGaAs
とのそれに比べて大きいため、正孔の逆注入による電流
利得の低下を抑制することができる。
がGaAsにより形成されているマルチエミッタ型ヘテ
ロバイポーラトランジスタが提供される。InGaPと
GaAsとの伝導帯のバンド端不連続が、AlGaAs
とGaAsとのそれに比べて小さいため、動作電圧を低
くすることができる。また、InGaPとGaAsとの
価電子帯のバンド端不連続が、AlGaAsとGaAs
とのそれに比べて大きいため、正孔の逆注入による電流
利得の低下を抑制することができる。
【0017】なお、ベース層の材料がGaAs以外であ
っても、伝導帯のバンド端不連続が比較的小さいもので
あれば、動作電圧の低減効果が期待できる。また、価電
子帯のバンド端不連続が比較的大きいものであれば、電
流利得の低下抑制効果が期待できる。
っても、伝導帯のバンド端不連続が比較的小さいもので
あれば、動作電圧の低減効果が期待できる。また、価電
子帯のバンド端不連続が比較的大きいものであれば、電
流利得の低下抑制効果が期待できる。
【0018】本発明の他の観点によると、さらに、前記
ベース層と前記第1エミッタ層との間、及び前記ベース
層と前記第2エミッタ層との間に形成され、ノンドープ
または前記ベース層よりも低不純物濃度の第2導電型の
GaAsからなる補助ベース層を有するマルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
ベース層と前記第1エミッタ層との間、及び前記ベース
層と前記第2エミッタ層との間に形成され、ノンドープ
または前記ベース層よりも低不純物濃度の第2導電型の
GaAsからなる補助ベース層を有するマルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
【0019】補助ベース層を挿入することにより、電子
のツェナートンネル確率を高めることができ、動作電圧
のより低電圧化を図ることができる。本発明の他の観点
によると、さらに、前記ベース層と前記第1エミッタ層
との間、及び前記ベース層と前記第2エミッタ層との間
にそれぞれ形成され、ノンドープまたは前記第1及び第
2エミッタ層よりも低不純物濃度の第1導電型のInG
aPからなる第1及び第2補助エミッタ層を有するマル
チエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタが提供され
る。
のツェナートンネル確率を高めることができ、動作電圧
のより低電圧化を図ることができる。本発明の他の観点
によると、さらに、前記ベース層と前記第1エミッタ層
との間、及び前記ベース層と前記第2エミッタ層との間
にそれぞれ形成され、ノンドープまたは前記第1及び第
2エミッタ層よりも低不純物濃度の第1導電型のInG
aPからなる第1及び第2補助エミッタ層を有するマル
チエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタが提供され
る。
【0020】補助エミッタ層を挿入することにより、電
子のツェナートンネル確率を高めることができ、動作電
圧のより低電圧化を図ることができる。本発明の他の観
点によると、前記第1及び第2補助エミッタ層が、前記
ベース層表面上の前記第1エミッタ層が形成された領域
から前記第2エミッタ層が形成された領域まで連続的に
形成された1つのInGaP層からなるマルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
子のツェナートンネル確率を高めることができ、動作電
圧のより低電圧化を図ることができる。本発明の他の観
点によると、前記第1及び第2補助エミッタ層が、前記
ベース層表面上の前記第1エミッタ層が形成された領域
から前記第2エミッタ層が形成された領域まで連続的に
形成された1つのInGaP層からなるマルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタが提供される。
【0021】ベース層表面が補助エミッタ層で覆われる
ため、エミッタ−ベース間のpn接合領域の端部が露出
しなくなり、経時劣化を抑制することができる。本発明
の他の観点によると、さらに、前記第1エミッタ層と第
1補助エミッタ層との間、及び前記第2エミッタ層と第
2補助エミッタ層との間にそれぞれ形成されたGaAs
からなる薄層を有するマルチエミッタ型ヘテロバイポー
ラトランジスタが提供される。
ため、エミッタ−ベース間のpn接合領域の端部が露出
しなくなり、経時劣化を抑制することができる。本発明
の他の観点によると、さらに、前記第1エミッタ層と第
1補助エミッタ層との間、及び前記第2エミッタ層と第
2補助エミッタ層との間にそれぞれ形成されたGaAs
からなる薄層を有するマルチエミッタ型ヘテロバイポー
ラトランジスタが提供される。
【0022】塩酸系エッチング液は、InGaPをエッ
チングするがGaAsをエッチングしない。エミッタ層
を形成するためのエッチングにおいて塩酸系のエッチン
グ液を用いると、GaAs層が表出した時点でエッチン
グが停止する。このため、再現性よく補助エミッタ層を
残すことができる。
チングするがGaAsをエッチングしない。エミッタ層
を形成するためのエッチングにおいて塩酸系のエッチン
グ液を用いると、GaAs層が表出した時点でエッチン
グが停止する。このため、再現性よく補助エミッタ層を
残すことができる。
【0023】
【発明の実施の形態】図1を参照して本発明の実施例を
説明する。図1(A)は、実施例によるマルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタ(ME−HBT)の断
面図を示す。半絶縁性GaAs基板1の上に、n+ 型G
aAsコレクタコンタクト層2、n型GaAsコレクタ
層3、p+ 型GaAsベース層4が積層されている。
説明する。図1(A)は、実施例によるマルチエミッタ
型ヘテロバイポーラトランジスタ(ME−HBT)の断
面図を示す。半絶縁性GaAs基板1の上に、n+ 型G
aAsコレクタコンタクト層2、n型GaAsコレクタ
層3、p+ 型GaAsベース層4が積層されている。
【0024】例えば、n+ 型GaAsコレクタコンタク
ト層2の厚さは300nm、不純物濃度は5×1018c
m-3である。n型GaAsコレクタ層3の厚さは300
nm、不純物濃度は1×1017cm-3である。p+ 型G
aAsベース層4の厚さは50nm、不純物濃度は5×
1019cm-3である。
ト層2の厚さは300nm、不純物濃度は5×1018c
m-3である。n型GaAsコレクタ層3の厚さは300
nm、不純物濃度は1×1017cm-3である。p+ 型G
aAsベース層4の厚さは50nm、不純物濃度は5×
1019cm-3である。
【0025】GaAsベース層4の上に、厚さ50n
m、不純物濃度5×1018cm-3の2つのn+ 型InG
aPエミッタ層5A及び5Bが形成されている。InG
aPエミッタ層5A及び5Bの上に、それぞれn+ 型G
aAsエミッタコンタクト層6A及び6Bが形成されて
いる。GaAsエミッタコンタクト層6Aと6Bの厚さ
は例えば200nm、不純物濃度は例えば2×1019c
m-3である。
m、不純物濃度5×1018cm-3の2つのn+ 型InG
aPエミッタ層5A及び5Bが形成されている。InG
aPエミッタ層5A及び5Bの上に、それぞれn+ 型G
aAsエミッタコンタクト層6A及び6Bが形成されて
いる。GaAsエミッタコンタクト層6Aと6Bの厚さ
は例えば200nm、不純物濃度は例えば2×1019c
m-3である。
【0026】GaAsエミッタコンタクト層6A及び6
Bの上面上に、それぞれAuGe/Au電極7A及び7
Bが形成され、GaAsエミッタコンタクト層6A及び
6Bにオーミック接触している。また、GaAsコレク
タコンタクト層2よりも上層の積層を部分的にエッチン
グして一部上面を露出し、露出した上面上にAuGe/
Au電極8が形成されてGaAsコレクタコンタクト層
2にオーミック接触している。GaAsベース層4に
は、直接電極が形成されていない。
Bの上面上に、それぞれAuGe/Au電極7A及び7
Bが形成され、GaAsエミッタコンタクト層6A及び
6Bにオーミック接触している。また、GaAsコレク
タコンタクト層2よりも上層の積層を部分的にエッチン
グして一部上面を露出し、露出した上面上にAuGe/
Au電極8が形成されてGaAsコレクタコンタクト層
2にオーミック接触している。GaAsベース層4に
は、直接電極が形成されていない。
【0027】図1(A)に示す構造は、分子線エピタキ
シ(MBE)または有機金属化学気相成長(MOCV
D)を用いたGaAs層及びInGaP層の形成と、フ
ォトリソグラフィを用いたエッチングにより作製され
る。GaAs層は、例えばリン酸系のエッチング液によ
り、InGaP層は塩酸系のエッチング液によりエッチ
ングすることができる。
シ(MBE)または有機金属化学気相成長(MOCV
D)を用いたGaAs層及びInGaP層の形成と、フ
ォトリソグラフィを用いたエッチングにより作製され
る。GaAs層は、例えばリン酸系のエッチング液によ
り、InGaP層は塩酸系のエッチング液によりエッチ
ングすることができる。
【0028】図1(B)は、図1(A)に示すME−H
BTのエネルギバンド図である。図の左側から順番にエ
ミッタ層5Aと5B、ベース層4、及びコレクタ層3を
表している。エミッタ領域においては、エミッタ層5A
と5Bをそれぞれ実線と破線で表している。ME−HB
Tの動作原理は、既に図4(B)を参照して説明した通
りであるため、ここでは説明を省略する。図1(B)で
は、エミッタ層5Bがベース電極として作用している。
BTのエネルギバンド図である。図の左側から順番にエ
ミッタ層5Aと5B、ベース層4、及びコレクタ層3を
表している。エミッタ領域においては、エミッタ層5A
と5Bをそれぞれ実線と破線で表している。ME−HB
Tの動作原理は、既に図4(B)を参照して説明した通
りであるため、ここでは説明を省略する。図1(B)で
は、エミッタ層5Bがベース電極として作用している。
【0029】GaAsベース層4とInGaPエミッタ
層5A、5Bとの間の伝導帯のバンド端不連続ΔEcは
0.1eVであり、図4(B)のME−HBTの場合よ
りも小さい。従って、式(1)から、同じバイアス電圧
でもより大きなトンネル電流が流れることがわかる。こ
のため、比較的低電圧でも動作が可能になる。
層5A、5Bとの間の伝導帯のバンド端不連続ΔEcは
0.1eVであり、図4(B)のME−HBTの場合よ
りも小さい。従って、式(1)から、同じバイアス電圧
でもより大きなトンネル電流が流れることがわかる。こ
のため、比較的低電圧でも動作が可能になる。
【0030】また、GaAsベース層4とInGaPエ
ミッタ層5A、5Bとの間の価電子帯のバンド端不連続
ΔEvは0.5eVであり、図4(B)のME−HBT
の場合よりも大きい。このため、ベース層4からエミッ
タ層5A、5Bへの正孔の逆注入が抑制され、大きな電
流利得を得ることが可能になる。
ミッタ層5A、5Bとの間の価電子帯のバンド端不連続
ΔEvは0.5eVであり、図4(B)のME−HBT
の場合よりも大きい。このため、ベース層4からエミッ
タ層5A、5Bへの正孔の逆注入が抑制され、大きな電
流利得を得ることが可能になる。
【0031】図2(A)は、図1に示すME−HBTを
XNOR回路に適用した例を示す。ME−HBT10の
コレクタ端子が抵抗11を介して電源線VCCに接続され
ている。ME−HBT10の2つのエミッタ端子にそれ
ぞれ入力信号In1及びIn2が与えられ、コレクタ端
子から出力信号Outが取り出される。
XNOR回路に適用した例を示す。ME−HBT10の
コレクタ端子が抵抗11を介して電源線VCCに接続され
ている。ME−HBT10の2つのエミッタ端子にそれ
ぞれ入力信号In1及びIn2が与えられ、コレクタ端
子から出力信号Outが取り出される。
【0032】従来のAlGaAs/GaAs系ME−H
BTの場合は、動作電圧が2V以上であったが、InG
aP/GaAs系ME−HBTとすることにより、2V
よりも低い電圧で動作可能になる。例えば、1.3Vの
電圧で動作可能である。
BTの場合は、動作電圧が2V以上であったが、InG
aP/GaAs系ME−HBTとすることにより、2V
よりも低い電圧で動作可能になる。例えば、1.3Vの
電圧で動作可能である。
【0033】図2(B)は、図2(A)に示す回路の真
理値表を示す。入力信号In1及びIn2が共に「0」
すなわちローレベル状態である場合、図1(B)におけ
るベース層4に正バイアスが印加されないためME−H
BTに電流が流れない。従って出力信号Outはハイレ
ベル状態すなわち「1」になる。入力信号In1及びI
n2が共に「1」すなわちハイレベル状態である場合、
図1(B)におけるエミッタ層5Aと5Bが共にベース
電極として作用し、ベース層4に電子を注入しない。M
E−HBTに電流が流れないため、出力信号Outはハ
イレベル状態すなわち「1」になる。
理値表を示す。入力信号In1及びIn2が共に「0」
すなわちローレベル状態である場合、図1(B)におけ
るベース層4に正バイアスが印加されないためME−H
BTに電流が流れない。従って出力信号Outはハイレ
ベル状態すなわち「1」になる。入力信号In1及びI
n2が共に「1」すなわちハイレベル状態である場合、
図1(B)におけるエミッタ層5Aと5Bが共にベース
電極として作用し、ベース層4に電子を注入しない。M
E−HBTに電流が流れないため、出力信号Outはハ
イレベル状態すなわち「1」になる。
【0034】入力信号In1及びIn2の一方が
「1」、他方が「0」である場合は、図1(B)に示す
ようにハイレベル状態のエミッタ層がベース電極として
作用し、ローレベル状態のエミッタ層が本来のエミッタ
層として作用する。このため、ME−HBTが導通状態
になり、出力信号Outはローレベル状態すなわち
「0」になる。このようにして、容易にXNOR回路を
構成することができる。
「1」、他方が「0」である場合は、図1(B)に示す
ようにハイレベル状態のエミッタ層がベース電極として
作用し、ローレベル状態のエミッタ層が本来のエミッタ
層として作用する。このため、ME−HBTが導通状態
になり、出力信号Outはローレベル状態すなわち
「0」になる。このようにして、容易にXNOR回路を
構成することができる。
【0035】図1(A)において、GaAsベース層4
とInGaPエミッタ層5Aとの間、及びGaAsベー
ス層4とInGaPエミッタ層5Bとの間に、ノンドー
プまたは低不純物濃度例えばGaAsベース層4よりも
低不純物濃度のGaAsからなる補助ベース層を設けて
もよい。GaAsの補助ベース層を設けると、式(1)
の電子の有効質量m* が小さくなり、かつ伝導帯のバン
ド端不連続エネルギΔEcが0になる。このため、ツェ
ナートンネル電流密度Jtが増加し、動作電圧のより低
電圧化が可能になる。
とInGaPエミッタ層5Aとの間、及びGaAsベー
ス層4とInGaPエミッタ層5Bとの間に、ノンドー
プまたは低不純物濃度例えばGaAsベース層4よりも
低不純物濃度のGaAsからなる補助ベース層を設けて
もよい。GaAsの補助ベース層を設けると、式(1)
の電子の有効質量m* が小さくなり、かつ伝導帯のバン
ド端不連続エネルギΔEcが0になる。このため、ツェ
ナートンネル電流密度Jtが増加し、動作電圧のより低
電圧化が可能になる。
【0036】図3(A)は、上記実施例の変形例を示
す。図1(A)では、GaAsベース層4の表面上に直
接InGaPエミッタ層5A及び5Bが形成されていた
が、図3(A)に示すME−HBTにおいては、GaA
sベース層4の上にノンドープまたはInGaPエミッ
タ層5A及び5Bより低不純物濃度のn型InGaPか
らなる補助エミッタ層15が形成されている。InGa
Pエミッタ層5A及び5Bは、InGaP補助エミッタ
層15の上に直接形成されている。
す。図1(A)では、GaAsベース層4の表面上に直
接InGaPエミッタ層5A及び5Bが形成されていた
が、図3(A)に示すME−HBTにおいては、GaA
sベース層4の上にノンドープまたはInGaPエミッ
タ層5A及び5Bより低不純物濃度のn型InGaPか
らなる補助エミッタ層15が形成されている。InGa
Pエミッタ層5A及び5Bは、InGaP補助エミッタ
層15の上に直接形成されている。
【0037】InGaP補助エミッタ層15の厚さは例
えば25nmである。また、図1(A)においては、I
nGaPエミッタ層5Aと5Bの厚さを50nmとした
が、図3(A)においては、これらの層の厚さを共に2
5nmとする。このようにして、InGaPエミッタ層
5A及び5BとInGaP補助エミッタ層15との合計
の厚さを50nmとする。その他の構成は、図1(A)
のME−HBTと同様である。
えば25nmである。また、図1(A)においては、I
nGaPエミッタ層5Aと5Bの厚さを50nmとした
が、図3(A)においては、これらの層の厚さを共に2
5nmとする。このようにして、InGaPエミッタ層
5A及び5BとInGaP補助エミッタ層15との合計
の厚さを50nmとする。その他の構成は、図1(A)
のME−HBTと同様である。
【0038】図3(A)に示すME−HBTにおいて
は、高不純物濃度のInGaPエミッタ層5A及び5B
と、低不純物濃度のInGaP補助エミッタ層15のう
ち、補助エミッタ層15に印加電圧の大部分が加わる。
低不純物濃度のInGaP補助エミッタ層15の空乏層
が薄くなり、ツェナートンネル確率を高めることができ
る。このため、動作電圧をより低電圧化することが可能
になる。
は、高不純物濃度のInGaPエミッタ層5A及び5B
と、低不純物濃度のInGaP補助エミッタ層15のう
ち、補助エミッタ層15に印加電圧の大部分が加わる。
低不純物濃度のInGaP補助エミッタ層15の空乏層
が薄くなり、ツェナートンネル確率を高めることができ
る。このため、動作電圧をより低電圧化することが可能
になる。
【0039】また、図3(A)に示すように、InGa
P補助エミッタ層15がGaAsベース層4の上面全体
を覆っている。このような構造は、例えば、InGaP
エミッタ層5A及び5Bを形成するためのエッチング
を、InGaP補助エミッタ層15の表面が露出したと
きに時間制御により停止することによって形成すること
ができる。図3(A)に示すME−HBTにおいては、
ベース−エミッタ間のpn接合領域の端部が露出しない
ため、電流電圧特性の経時劣化を抑制することができ
る。
P補助エミッタ層15がGaAsベース層4の上面全体
を覆っている。このような構造は、例えば、InGaP
エミッタ層5A及び5Bを形成するためのエッチング
を、InGaP補助エミッタ層15の表面が露出したと
きに時間制御により停止することによって形成すること
ができる。図3(A)に示すME−HBTにおいては、
ベース−エミッタ間のpn接合領域の端部が露出しない
ため、電流電圧特性の経時劣化を抑制することができ
る。
【0040】なお、InGaP補助エミッタ層15を介
して、2つのエミッタ層5Aと5Bが連続するが、2つ
のエミッタ層5Aと5Bとの間のInGaP補助エミッ
タ層15は空乏化するため、エミッタ層5Aと5B間が
電気的に短絡されることはない。
して、2つのエミッタ層5Aと5Bが連続するが、2つ
のエミッタ層5Aと5Bとの間のInGaP補助エミッ
タ層15は空乏化するため、エミッタ層5Aと5B間が
電気的に短絡されることはない。
【0041】図3(B)は、図3(A)のME−HBT
の変形例を示す。図3(A)のME−HBTにおいて
は、InGaP補助エミッタ層15の表面上に直接In
GaPエミッタ層5Aと5Bを形成したが、図3(B)
のME−HBTにおいては、InGaP補助エミッタ層
15の表面上に厚さ1nm程度の薄いGaAs層16を
形成する。InGaPエミッタ層5A及び5BはGaA
s層16の上に直接形成される。
の変形例を示す。図3(A)のME−HBTにおいて
は、InGaP補助エミッタ層15の表面上に直接In
GaPエミッタ層5Aと5Bを形成したが、図3(B)
のME−HBTにおいては、InGaP補助エミッタ層
15の表面上に厚さ1nm程度の薄いGaAs層16を
形成する。InGaPエミッタ層5A及び5BはGaA
s層16の上に直接形成される。
【0042】GaAs層16は、InGaPエミッタ層
5A及び5Bを形成するためのエッチング時のエッチン
グストップ層として作用する。すなわち、InGaPエ
ミッタ層5A及び5Bを構成するInGaP層のうちエ
ミッタ層5A及び5B以外の領域を塩酸系エッチング液
でエッチングすると、GaAs層16の表面が露出した
時点でエッチングが停止する。このように、エッチング
ストップ層として作用するGaAs層16を設けること
により、再現性よくInGaP補助エミッタ層15を残
すことが可能になる。
5A及び5Bを形成するためのエッチング時のエッチン
グストップ層として作用する。すなわち、InGaPエ
ミッタ層5A及び5Bを構成するInGaP層のうちエ
ミッタ層5A及び5B以外の領域を塩酸系エッチング液
でエッチングすると、GaAs層16の表面が露出した
時点でエッチングが停止する。このように、エッチング
ストップ層として作用するGaAs層16を設けること
により、再現性よくInGaP補助エミッタ層15を残
すことが可能になる。
【0043】上記実施例及びその変形例では、コレクタ
層3としてGaAsを用いた場合を説明したが、その他
のIII−V族化合物半導体を用いてもよい。例えばI
nGaPを用いてもよい。コレクタ層3としてInGa
Pを用いると、GaAsを用いた場合に比べてコレクタ
−ベース間の耐圧を高くすることができる。なお、コレ
クタとしてAlGaAsを用いても耐圧を向上させるこ
とが可能であるが、InGaPを用いた方が伝導帯のバ
ンド端不連続ΔEcを小さくできるため、低電圧動作の
点で有利である。
層3としてGaAsを用いた場合を説明したが、その他
のIII−V族化合物半導体を用いてもよい。例えばI
nGaPを用いてもよい。コレクタ層3としてInGa
Pを用いると、GaAsを用いた場合に比べてコレクタ
−ベース間の耐圧を高くすることができる。なお、コレ
クタとしてAlGaAsを用いても耐圧を向上させるこ
とが可能であるが、InGaPを用いた方が伝導帯のバ
ンド端不連続ΔEcを小さくできるため、低電圧動作の
点で有利である。
【0044】また、コレクタ層3をInGaPで形成
し、コレクタ電極8を形成すべき領域のInGaP層を
塩酸系エッチング液でエッチングすることにより、コレ
クタ層3の下のGaAsコレクタコンタクト層2の表面
が露出した時点で自動的にエッチングを停止することが
できる。このため、制御性よくコレクタコンタクト層の
表面を露出させることが可能になる。
し、コレクタ電極8を形成すべき領域のInGaP層を
塩酸系エッチング液でエッチングすることにより、コレ
クタ層3の下のGaAsコレクタコンタクト層2の表面
が露出した時点で自動的にエッチングを停止することが
できる。このため、制御性よくコレクタコンタクト層の
表面を露出させることが可能になる。
【0045】上記実施例では、ベース層としてGaAs
を用いた場合を説明したが、その他のIII−V族化合
物半導体を用いてもよい。ME−HBTの動作電圧を低
くするためには、InGaPエミッタ層とベース層との
間の伝導帯のバンド端不連続ΔEcが小さくなる材料が
好ましい。例えば、従来のAlGaAs/GaAs系H
BTにおけるΔEc(0.22eV)よりも小さいこと
が好ましい。また、正孔の逆注入を抑制し電流利得を向
上させるためには、価電子帯のバンド端不連続ΔEvが
大きくなる材料が好ましい。例えば、従来のAlGaA
s/GaAs系HBTにおけるΔEv(0.12eV)
よりも大きいことが好ましい。
を用いた場合を説明したが、その他のIII−V族化合
物半導体を用いてもよい。ME−HBTの動作電圧を低
くするためには、InGaPエミッタ層とベース層との
間の伝導帯のバンド端不連続ΔEcが小さくなる材料が
好ましい。例えば、従来のAlGaAs/GaAs系H
BTにおけるΔEc(0.22eV)よりも小さいこと
が好ましい。また、正孔の逆注入を抑制し電流利得を向
上させるためには、価電子帯のバンド端不連続ΔEvが
大きくなる材料が好ましい。例えば、従来のAlGaA
s/GaAs系HBTにおけるΔEv(0.12eV)
よりも大きいことが好ましい。
【0046】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。例えば、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。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、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。
【0047】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エミッタ層とベース層間の伝導帯のバンド端不連続が小
さくなるため、ベース層からエミッタ層への電子のツェ
ナートンネル確率が高くなる。このため、ME−HBT
の動作電圧を低くすることができる。
エミッタ層とベース層間の伝導帯のバンド端不連続が小
さくなるため、ベース層からエミッタ層への電子のツェ
ナートンネル確率が高くなる。このため、ME−HBT
の動作電圧を低くすることができる。
【図1】本発明の実施例によるME−HBTの断面図、
及びエネルギバンド図である。
及びエネルギバンド図である。
【図2】図1のME−HBTを使用したXNOR回路の
回路図、及び真理値表である。
回路図、及び真理値表である。
【図3】図1の実施例の変形例によるME−HBTの断
面図である。
面図である。
【図4】従来例によるME−HBTの断面図、及びエネ
ルギバンド図である。
ルギバンド図である。
1、50 半絶縁性GaAs基板 2、51 n+ 型GaAsコレクタコンタクト層 3、52 n型GaAsコレクタ層 4、53 p+ 型GaAsベース層 5A、5B n型InGaPエミッタ層 6A、6B、55A、55B n+ 型GaAsエミッタ
コンタクト層 7A、7B、8、56、57A、57B AuGe/A
u電極 10 ME−HBT 11 抵抗 15 InGaP補助エミッタ層 16 GaAs層 54A、54B n型AlGaAsエミッタ層
コンタクト層 7A、7B、8、56、57A、57B AuGe/A
u電極 10 ME−HBT 11 抵抗 15 InGaP補助エミッタ層 16 GaAs層 54A、54B n型AlGaAsエミッタ層
Claims (6)
- 【請求項1】 第1導電型の化合物半導体からなるコレ
クタ層と、 前記コレクタ層の表面上に形成され、前記第1導電型と
反対の第2導電型の化合物半導体からなるベース層と、 前記ベース層の表面上の一部の領域に形成された第1導
電型のInGaPからなる第1エミッタ層と、 前記ベース層の表面上の前記第1エミッタ層とは異なる
一部の領域に形成された第1導電型のInGaPからな
る第2エミッタ層とを有するマルチエミッタ型ヘテロバ
イポーラトランジスタ。 - 【請求項2】 前記ベース層がGaAsにより形成され
ている請求項1に記載のマルチエミッタ型ヘテロバイポ
ーラトランジスタ。 - 【請求項3】 さらに、前記ベース層と前記第1エミッ
タ層との間、及び前記ベース層と前記第2エミッタ層と
の間に形成され、ノンドープまたは前記ベース層よりも
低不純物濃度の第2導電型のGaAsからなる補助ベー
ス層を有する請求項2に記載のマルチエミッタ型ヘテロ
バイポーラトランジスタ。 - 【請求項4】 さらに、前記ベース層と前記第1エミッ
タ層との間、及び前記ベース層と前記第2エミッタ層と
の間にそれぞれ形成され、ノンドープまたは前記第1及
び第2エミッタ層よりも低不純物濃度の第1導電型のI
nGaPからなる第1及び第2補助エミッタ層を有する
請求項2に記載のマルチエミッタ型ヘテロバイポーラト
ランジスタ。 - 【請求項5】 前記第1及び第2補助エミッタ層が、前
記ベース層表面上の前記第1エミッタ層が形成された領
域から前記第2エミッタ層が形成された領域まで連続的
に形成された1つのInGaP層からなる請求項4に記
載のマルチエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタ。 - 【請求項6】 さらに、前記第1エミッタ層と第1補助
エミッタ層との間、及び前記第2エミッタ層と第2補助
エミッタ層との間にそれぞれ形成されたGaAsからな
る薄層を有する請求項4または5に記載のマルチエミッ
タ型ヘテロバイポーラトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7258933A JPH09102501A (ja) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | マルチエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7258933A JPH09102501A (ja) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | マルチエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09102501A true JPH09102501A (ja) | 1997-04-15 |
Family
ID=17327066
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7258933A Withdrawn JPH09102501A (ja) | 1995-10-05 | 1995-10-05 | マルチエミッタ型ヘテロバイポーラトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09102501A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017195388A (ja) * | 2015-09-04 | 2017-10-26 | ウィン セミコンダクターズ コーポレーション | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
-
1995
- 1995-10-05 JP JP7258933A patent/JPH09102501A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2017195388A (ja) * | 2015-09-04 | 2017-10-26 | ウィン セミコンダクターズ コーポレーション | ヘテロ接合バイポーラトランジスタ |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20030107 |