JPS61201466A - 縦形バイポ−ラトランジスタ - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、縦形バイポーラトランジスタの改良に関する
。

従来の技術 縦形バイポーラトランジスタとして、従来、第４図を伴
なって次に述べる構成を有するものが提案されている。

すなわち、例えばＧａＡｓでなる半絶縁性半導体基板１
０を有し、その半絶縁性半導体基板１０上に、例えばＧ
ａＡｓでなる、またはＧａＡｓに比し広い禁制帯幅を有
する例えばＡＩＧａＡＳ系でなるｎ型またはｐ型の半導
体１１１が形成されている。

また、その半導体層１１上に、その一部領域１１′上を
除いた領域上において、例えば、半導体層１１と同じま
たは半導体層１１に比し狭い禁制帯幅を有する例えばＧ
ａＡＳでなり且つ半導体層１１とは逆の導電型（半導体
層１１がｎ型の場合ｐ型、ｐ型の場合ｎ型）を有する半
導体層１２が、半導体層１１との間でｐｎ接合２１を形
成するように、形成されている。この場合、半導体１１
２はその全厚さに亘って一定の禁制帯幅を有している。

また、半導体層１２上に、その一部領域１２′を除いた
領域上において、例えば、半導体層１２に比し広い禁制
帯幅を有する例えばＡＩＧａＡＳ系でなる、または半導
体［１１２と同じ禁制帯幅を有する例えばＧａＡＳでな
り、且つ半導体ｌ１１２とは逆の導電型（半導体層１２
がｐ型の場合ｎ型、ｎ型の場合ｐ型）を有する半導体層
１３が、半導体層１２との間でｐｎ接合２２を形成する
ように、形成されている。

さらに、半導体層１１上に、その一部領域１１′上にお
いて、半導体［１１１にオーム接触する電極ｆｆ１３１
が形成されている。

また、半導体層１２上に、その一部領域１２′上におい
て、半導体層１２にオーム接触する電極層３２が形成さ
れている。

さらに、半導体層１３上に、その一部領域１３′上にお
いて、半導体層１３にオーム接触する電極層３３が形成
されている。

以上が、従来提案されている縦形バイポーラトランジス
タの構成である。

このような構成を有する縦形バイポーラトランジスタは
、°半導体１１１．１２及び１３がそれぞれｎ型、ｐ型
及びｎ型であり、且つ半導体１１１３が半導体層１２に
比し広い禁制帯幅を有する半導体でなる場合、半導体１
１１．１２及び１３をそれぞれコレクタ領域、ベース領
域及びエミッタ領域とし、また、電極１３３１．３２及
び３３をそれぞれコレクタ電極、ベース電極及びエミッ
タ電極としているｎｐｎ型の縦形バイポーラトランジス
タを構成している。

また、半導体層１１．１２及び１３がそれぞれｎ型、ｐ
型及びｎ型であり、且つ半導体層１１が半導体層１２に
比し広い禁制帯幅を有する半導体でなる場合、半導体層
１１．１２及び１３をそれぞれエミッタ領域、ベース領
域及びコレクタ領域とし、また、電極層３１．３２及び
３３をそれぞれエミッタ電極、ベース電極及びコレクタ
電極としているｎｐｎ型の縦形バイポーラトランジスタ
を構成している。

さらに、半導体層１１．１２及び１３がそれぞれｐ型、
ｎ型及びｐ型であり、且つ半導体層１３が半導体層１２
に比し広い禁制帯幅を有する半導体でなる場合、半導体
［１１１，１２及び１３をそれぞれコレクタ領域、ベー
ス領域及びエミッタ領域とし、また、電極層３１．３２
及び３３をそれぞれコレクタ電極、ベース電極及びエミ
ッタ電極としているｐｎｐ型の線形バイポーラトランジ
スタを構成している。

また、半導体層１１．１２及び１３がそれぞれｐ型、ｎ
型及びｐ型であり、且つ半導体ＷＪ１１が半導体層１２
に比し広い禁制帯幅を有する半導体でなる場合、半導体
Ｆ４１１．１２及び１３をそれぞれエミッタ領域、ベー
ス領域及びコレクタ領域とし、また、電極層３１．３２
及び３３をそれぞれエミッタ電極、ベース電極及びコレ
クタ電極としているｐｎｐ型の縦形バイポーラトランジ
スタを構成している。

このようなｎｐｎ型またはｐｎｐ型の縦形バイポーラト
ランジスタの場合、■、ミッタ領域としての半導体層１
３（または半導体層１１）と、コレクタ領域としての半
導体層１１（または半導体層１３）との間に、エミッタ
電極としての電極層３３（または電極ＪＩ３１）と、コ
レクタ電極としての電極Ｈ３１（または電極層３３）と
を介して、半導体層１１及び１３がｎ型であるかｐ型で
あるかに応じて半導体領域１３側を正または負とするコ
レクタバイアス電源を接続している状態で、エミッタ領
域としての半導体層１３（または半導体層１１）と、ベ
ース領域としての半導体層１２との間に、エミッタ電極
としての電極層３３（または電極層３１）と、ベース電
極としての電極層３２とを介して、半導体層１３（また
は半導体層１１）と、半導体層１２との間のｐｎ接合２
２（またはｐｎ接合２１）にバイアス電圧が順方向に与
えられる極性で、ベースバイアス電源を接続すれば、エ
ミッタ領域としての半導体層１３（または半導体層１１
）からベース領域としての半導体層１２に少数キャリア
が注入し、次で、その少数キャリアがコレクタ領域とし
ての半導体層１１（または半導体層１３）に注入し、こ
れにもとずき、コレクタ電極としての電極層３１（また
は電極１１３３）を通ってコレクタ電流が流れる、とい
う機構で縦形バイポーラトランジスタとしての機能を呈
する。

°この場合、ベース領域としての半導体層１２に注入し
た少数キャリアの一部が、そのベース領域としての半導
体層１２内を、その一部領域１２′側に移動し、その一
部領域１２′内で多数キャリアと再結合して消滅し、ま
た、他の一部が、ベース電極としての電極１Ｉ１３２に
到達することにもとすぎ、電極層３２を通ってベース電
流が流れる。

このベース電極としての電極層２２に流れるベース電流
に対する、コレクタ電極としての電極層３１（または電
極層３３）に流れるコレクタ電流の比は、電流増幅率と
称され、その電流増幅率が大であるのが、縦形バイポー
ラトランジスタとして望ましい。

発明が解決しようとする口 しかしながら、第４図に示す従来の縦形バイポーラトラ
ンジスタの場合、ベース領域としての半導体層１２が、
その全厚さに亘って一定の禁制帯幅を有しているので、
その半導体！１１２には、その半導体層１２に注入した
少数キャリアをコレクタ領域としての半導体層１１（ま
たは半導体層１３）に向って加速するような内部加速電
界を有していない。

このため、上述したベース電流の量が、上述したコレク
タ電流に対して比較的大なる割合を有している。

また、このため、上述した電流増幅率が、エミッタ領域
としての半導体［１１３（または半導体層１１）と、ベ
ース領域としての半導体層１２との間のｐｎ接合２２（
またはｐｎ接合２１）の周辺長と面積との比に比較的大
きく依存している。

従って、第４図に示す従来の縦形バイポーラトランジス
タの場合、エミッタ領域としての半導体［１３（または
半導体１１１）と、ベース領域としての半導体層１２と
の間のｐｎ接合２１（またはｐｎ接合２２）の周辺長と
面積との比に依存している、比較的低い電流増幅率しか
有していない、という欠点を有していた。

問題を解決するための手段 ゛よって、本発明は、上述した欠点のない、新規な縦形
バイポーラトランジスタを提案せんとするものである。

本発明による縦形バイポーラトランジスタは、第４図で
上述した従来の縦形バイボーラトランジスタの場合と同
様に、半絶縁性半導体基板上に、第１の導電型を有する
第１の半導体層が形成され、その第１の半導体層上に、
その一部領域上を除いた領域上において、第１の半導体
層との間で第１のｐｎ接合を形成する、上記第１の導電
型とは逆の第２の導電型を有する第２の半導体層が形成
され、また、その第２の半導体層上に、その一部領域上
を除いた領域上において、第２の半導体層との間で第２
のｐｎ接合を形成する、第１の導電型を有する第３の半
導体層が形成され、さらに、上記第１の半導体層上に、
その上記一部領域上において、第１の半導体層にオーム
接触する第１の電極層が形成され、また、上記２の半導
体層上に、その上記一部領域上において、第２の半導体
層にオーム接触する第２の電極層が形成され、さらに、
上記第３の半導体層上に、それにオーム接触すり第３の
電極層が形成され、しかして、上記第１の半導体層をコ
レクタ領域またはエミッタ領域、上記第２の半導体層を
ベース領域、上記第３の半導体層を上記第１の半導体層
が］レクタ領域であるかエミッタ領域であるかに応じて
エミッタ領域またはコレクタ領域とし、上記第１の電極
層を上記第１の半導体層がコレクタ領域であるかエミッ
タ領域であるかに応じてコレクタ電極またはエミッタ電
極、上記第２の電極層をベース電極、上記第３の電極層
を上記第３の半導体層がエミッタ領域であるかコレクタ
領域であるかに応じてエミッタ電極またはコレクタ電極
としている構成を有する。

しかしながら、本発明による縦形バイポーラトランジス
タは、このような構成を有する縦形バイポーラトランジ
スタにおいて、その上記第２の半導体層が、エミッタ領
域を上記第３の半導体層としているか第１の半導体層と
しているかに応じて決められた上記第２または第１のｐ
ｎ接合の周辺長と面積との比にほとんど依存していない
電流増幅率が得られるに十分な、上記第３の半導体層側
から上記第１の半導体層側に向って、エミッタ領域を上
記第３の半導体層としているか上記第１の半導体層とし
ているかに応じて単調に狭くまたは広くなる禁制帯幅を
有している。

作　　用 このような本発明による縦形バイポーラトランジスタに
よれば、第４図で上述した従来の縦形バイポーラトラン
ジスタにおいて、その第２の半導体層が、エミッタ領域
を第３の半導体層としているか第１の半導体層としてい
るかに応じて決められた第２または第１のｐｎ接合の周
辺長と面積との比にほとんど依存しない電流増幅率が得
られるに十分な、第３の半導体層側から第１の半導体層
側に向って、エミッタ領域を第３の半導体層としている
か第１の半導体層としているかに応じて単調に狭くまた
は広くなる禁制帯幅を有していることを除いて、第４図
で上述した従来の縦形バイポーラトランジスタと同様の
構成を有するので、第４図で上述した従来の縦形バイポ
ーラトランジスタで述べたと同様の機構で、縦形バイポ
ーラトランジスタとしての機能を同様に呈する。

しかしながら、本発明による縦形バイポーラトランジス
タの場合、ベース領域としての第２の半導体層が、エミ
ッタ領域としての第３（または第１）の半導体層側から
コレクタ領域としての第１（または第３）の半導体層側
に向って単調に狭くなる禁制帯幅を有しているので、そ
の第２の半導体層に、その第２の半導体層に注入した少
数キャリアをコレクタ領域としての第１（まはた第３）
の半導体層に向って加速する内部加速電界を有し、そし
て、上述したベース領域としての第２の半導体層の禁制
帯幅が、エミッタ領域としての第３（または第１）の半
導体領域とベース領域としての第２の半導体層との間の
第２（または第１）のｐｎ接合の周辺長と面積との比に
ほとんど依存していない電流増幅率が得られるに十分な
、禁制帯幅を有している。

このため、ベース領域としての第２の半導体層に注入し
た少数キャリアの一部が、第２の半導体層内を、その上
述した一部領域側に移動し、その一部領域で多数キャリ
アと再結合して消滅し、また、他の一部がベース電極と
しての第２の電極層に到達することにもとずき、ベース
電極としての第２の電極層を通って流れるベース電流の
量が、第４図で上述した従来の縦形バイポーラトランジ
スタの場合に比し格段的に少なく、また、このために、
電流増幅率が、エミッタ領域としての第３（または第１
）の半導体層と、ベース領域どしての第２の半導体層と
の間の第２（または第１）のｐｎ接合の周辺長と面積と
の比にほとんど依存していない。

効　　果 従って、本発明による縦形バイポーラトランジスタによ
れば、エミッタ領域としての第３（または第１）の半導
体層と、ベース領域としての第２の半導体層との間の第
２（または第１）Ｄｎ接合の周辺長と面積との比にほと
んど依存していない、従来の縦形バイポーラトランジス
タに比し格段的に高い電流増幅率を有する、という優れ
た特徴を有する。

実施例 次に、第１図を伴なって本発明による縦形バイポーラト
ランジスタの実／ＩＩＰＡを述べよう。

第１図において、第４図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。

第１図に示す本発明による縦形バイポーラトランジスタ
の実施例は、第４図で上述した従来の縦形バイポーラト
ランジスタにおいて、その縦形バイポーラトランジスタ
の全厚さに亘って一定の禁制帯幅を有する半導体層１２
が、エミッタ領域を半導体層１３としているか半導体層
１１としているかに応じて、半導体層１３または半導体
層１１側から半導体層１１側に向って単調に狭くまたは
広くなる禁制帯幅を有し、そして、その禁ｕ１帯幅が、
エミッタ領域を半導体１１１３としているか半導体Ｉｇ
１１としているかに応じて決められたｐｎ接合２２また
はｐｎ接合２１の周辺長と面積との比にほとんど依存し
ない電流増幅率が得られるに十分な禁制帯幅である、と
いう半導体層４２に置換され、これに応じて、ベース電
極としての電極層３２が、半導体層１２の一部領域１２
′に対応している半導体１ｉ４２の一部領域４２′上に
形成されていることを除いて、第４図に示す従来の縦形
バイポーラトランジスタと同様の構成を有する。

従って、第１図に示す本発明による縦形バイポーラトラ
ンジスタは、半導体層１１がｎ型のＧａＡＳでなり、ま
た、半導体層°１２がｐ型であり、さらに、半導体層１
３がｎ型を有し且つ半導体層１２に比し広い半導体基板
を有する八〇　　　Ｇａ　　　Ａｓでなり、そして、半
導体層０．３　　０．７ １１．１２及び１３をそれぞれコレクタ領域、ベース領
域及びエミッタ領域とし、また、電極１１３１．３２及
び３３をそれぞれコレクタ電極、ベース電極及びエミッ
タ電極とするｎｐｎ型の縦形バイポーラトランジスタで
ある場合、半導体層４２が例えばＡＩＬ　Ｇａ　　　Ａ
ｓ（Ｏ≦Ｘｘ　　　　　１−ｘ 〈１〉でなり、そしてそのＸの値が半導体層１３側から
半導体層１１側に向って小になり、従つで、−例として
、第２図に示すエネルギバンド構造を有している。

以上が、本発明による縦形バイポーラトランジスタの実
施例の構成である。

このような構成を有する本発明による縦形バイポーラト
ランジスタによれば、詳ｌＩ説明は省略するが、第４図
で上述した従来の縦形バイポーラトランジスタの場合で
上述したと同様の機構で、縦形バイポーラトランジスタ
としての機能を呈する。

しかしながら、上述した本発明による縦形バイポーラト
ランジスタの場合、それが第２図で上述したエネルギバ
ンド構造を有する場合で述べれば、詳細説明は省略する
が、半導体Ｗ１４２が、上述した禁制帯幅を有している
ので、第２図において符号ｅで示す少数キャリアとして
の電子が、半導体層４２内において加速されることによ
って、第３図の実線で示すように、電流増幅率（これを
βとする）が、エミッタ領域としての半導体層１３と、
ベース領域としての半導体層４２との間のｐｎ接合２２
の周辺長（これを１とする）と面積（これをＳとする）
との比Ｌ／Ｓにほとんど依存していない、第３図の点線
で示す第４図で上述した従来の縦形バイポーラトランジ
スタの場合に比し、高い値を有する。

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、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】

第１図は、本発明による縦形バイポーラトランジスタの
実施例を示す路線的断面図である。 第２図は、第１図に示す本発明による縦形バイポーラト
ランジスタの実施例のエネルギバンド構造を示す図であ
る。 第３図は、第１図に示す本発明による縦形バイポーラト
ランジスタの実施例が、第２図に示すエネルギバンド構
造を有している場合における、その線形バイポーラトラ
ンジスタのｐｎ接合２２の周辺長りと面積Ｓとの比Ｌ／
Ｓに対する電流増幅率βの関係を示す図である。 第４図は、従来の縦形バイポーラトランジスタを示す路
線的断面図である。 １０・・・・・・・・・・・・・・・半絶縁性半導体基
板１１．１２．１３ ・・・・・・・・・・・・・・・半導体層１１’　、１
２’　、１３’ ・・・・・・・・・・・・・・・半導体層１１．１２．
１３の一部領域 ２１．２２・・・・・・ｐｎ接合 ３１．３２．３３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 半絶縁性半導体基板上に、第１の導電型を有する第１の
   半導体層が形成され、 上記第１の半導体層上に、その一部領域上を除いた領域
   上において、上記第１の半導体層との間で第１のｐｎ接
   合を形成する、上記第１の導電型とは逆の第２の導電型
   を有する第２の半導体層が形成され、 上記第２の半導体層上に、その一部領域上を除いた領域
   上において、上記第２の半導体層との間で第２のｐｎ接
   合を形成する、第１の導電型を有する第３の半導体層が
   形成され、 上記第１の半導体層上に、その上記一部領域上において
   、上記第１の半導体層にオーム接触する第１の電極層が
   形成され、 上記第２の半導体層上に、その上記一部領域上において
   、上記第２の半導体層にオーム接触する第２の電極層が
   形成され、 上記第３の半導体層上に、それにオーム接触する第３の
   電極層が形成され、 上記第１の半導体層をコレクタ領域またはエミッタ領域
   、上記第２の半導体層をベース領域、上記第３の半導体
   層を上記第１の半導体層がコレクタ領域であるかエミッ
   タ領域であるかに応じてエミッタ領域またはコレクタ領
   域とし、上記第１の電極層を上記第１の半導体層がコレ
   クタ領域であるかエミッタ領域であるかに応じてコレク
   タ電極またはエミッタ電極、上記第２の電極層をベース
   電極、上記第３の電極層を上記第３の半導体層がエミッ
   タ領域であるかコレクタ領域であるかに応じてエミッタ
   電極またはコレクタ電極としている縦形バイポーラトラ
   ンジスタにおいて、 上記第２の半導体層が、エミッタ領域を上記第３の半導
   体層としているか第１の半導体層としているかに応じて
   決められた上記第２または第１のｐｎ接合の周辺長と面
   積との比にほとんど依存していない電流増幅率が得られ
   るに十分な、上記第３の半導体層側から上記第１の半導
   体層側に向つて、エミッタ領域を上記第３の半導体層と
   しているか上記第１の半導体層としているかに応じて単
   調に狭くまたは広くなる禁制帯幅を有していることを特
   徴とする縦形バイポーラトランジスタ。