JPS63236358A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS63236358A
JPS63236358A JP62068822A JP6882287A JPS63236358A JP S63236358 A JPS63236358 A JP S63236358A JP 62068822 A JP62068822 A JP 62068822A JP 6882287 A JP6882287 A JP 6882287A JP S63236358 A JPS63236358 A JP S63236358A
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JP
Japan
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semiconductor layer
collector
hbt
2deg
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JP62068822A
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Toshiyuki Usagawa
利幸 宇佐川
Masao Yamane
正雄 山根
Takeyuki Hiruma
健之 比留間
Tomoyoshi Mishima
友義 三島
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Hitachi Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二次元状組付をベース層に用いるバイポーラ
型トランジスタに係り、特にベース・コレクタ耐圧向上
、或いはカットオフ周波数fT向上に好適な二次元電子
ガスヘテロバイポーラトランジスタに関する。
〔従来の技術〕
砒化ガリウム(GaAs)とアルミニウム砒化ガリウム
(A Q zGal−xA s )とのヘテロ接合界面
に形成される2次元状担体をベース層に用いた新構造の
HBT (総称として2DEC−HBTと呼ぶ)を既に
特許出願している(特願昭60−164126号、特願
昭60−164128号、特願昭61−40244号)
またこれらの出願は、特開昭60−134479号にお
いて、接合型ゲート構造(同公開特許公報第5゜6図で
、ゲートがP型A Q G a A sまたはG a 
A sである場合に対応する)とした場合の特有の作用
を用いた新原理と基づくバイポーラトランジスタと云う
こともできる。
以上の特許出願にて述べられているトランジスタを総称
して2DEG−HBTと呼ぶ。
本発明は、2DEG−HBTのベースコレクタ間高耐圧
化成いは高いカットオフ周波数を与える構造についての
2DEC−HBTの改良に関する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上記特許出願の構造において、G a A s 。
A Q G a A sヘテロ界面の2次元電子ガスを
ベースに用いるとき、ベース・コレクタ走行時間tは で与えられる。ただし、Dnは正孔のベース拡散係数W
Bはベース膜厚Xnはコレクタ膜厚V3は正孔飽和速度
である。右辺第1項は2次元電子層の通過時間で約0 
、05psec、第2項はP″−GaAsコレクタ層が
3000人の場合約1.50psecである。
即ち、t はほとんどすべてp″″G a A sコレ
クタ走行時間により支配されている。
t を更に小さくしようとするとp−−GaAsコレク
層の薄膜化(x、→小)が最も効果的であるが、従来の
2DEG−HBTの場合1500〜2000人が下限で
ある。p−型コレクタ層を700人〜1000人程度に
薄膜化できれば、t は従来の1.55psecから0
.55psecと約1/3に小さくできる。
この様に薄い(700〜1000人)コレクタ層は通常
のHBTでは実現することは不可能であり、この場合、
pnp型2DEG−HBTはpnp型でありながら通常
のnpn型HBTに比較して約3倍も高速になる。
〔問題点を解決するための手段〕
上記目的は、p−型G a A s  コレクタ層をp
−型AΩx G a l−X A s層に置きかえるこ
とで達成できる。
第1図に本発明2DEG−HBTのデバイス断面構造(
第1図(a))と対応するエネルギーバンド図(第1図
(b) 、  ((1) ’)を示す。40は半絶縁性
GaAs基板、41はP十型G a A s 。
50はp″″″型AA xG a t−xA g(P型
ドーピングレベルは大略101番〜1017aa’″”
)’、42はアンドープG a A sで膜厚100人
〜150人程度。
43はn型AQGaAs、45はp型AQGaAa(又
はG a A s )で24.25.26は各々ベース
電極メタル、エミッタ電極メタル、コレクタ電・極メタ
ルである。59は2次元状電子ガス(20EG)を示し
ている。
又、p−型A Q、 xG a 1−xA s 50は
、AQ組成をグレーディッド(graded)にして、
エネルギーバンド図を第1図(Q)の様にすることも可
能である。即ち、2DEG側AQ組成Xを太きく(0,
2〜0.45)P+:Iレクタ層側Xを小さく(〜0.
0)することも可能である。
〔作用〕
この様にp−型コレクタ層をp−型A Q GaAsに
することにより、ベース・コレクタ間に電位を印加した
場合 (1)AI2GaAsのアバランシェ破壊電圧はG a
 A sに比べ3割程度大きい (2)’2DEGががコレクタ側A Q G a A 
sのヘテロ接合障壁により消失しにくくなる ことにより、高いベース・コレクタ電圧まで2DECは
消出せずに残っている。
即ち、同一のベース・コレクタ電圧では、P−型コレク
タ層50.50’ を従来より薄膜化(700人〜10
00人)できるので、従来の1ntrivoic f 
tの約3倍の値を実現でき、従来のnpn型HB Tの
約3倍の高速性を実現できる。
〔実施例〕
以下本発明の実施例を通して更に詳しく本発明を説明す
る。
実施例1 第1図(a)はG a A s / A Q G a 
A s ヘラロ接合を用いたpnp型2DEG−HBT
の試作例である。
半絶縁性GaAs40基板上にMBE (分子線エピタ
キシー; Mo1ecular Beam Epifa
xy)法を用いてBeをlXl0”m″″3″3含有小
型G a A 541(コレクタ層)を4000 A 
B eを1QLIs備−♂含有するP−型AnxGaz
−xAs(x〜0.3)50を1000人、アンドープ
GaAs42を100人、Siを4 X 10 ”am
−”含有するn型Al2yGat−yAs(y〜0.3
 )43を250人。
BeをI X 1017am−8含有するA Q EG
 a t−pA s45を2000人更にP+型(B 
e 〜101gcm−8)G a A s 41を10
00人形式する。その後、エミッタ領域、ベース領域素
子間分離領域を通常の方法で形成後、エミッタ電極金属
25(AuRn/ A u )ベース電極金属24 (
A u G e / N i /A u )コレクタ電
極金属26 (A u Rn / A u )を各々形
成した。
正孔のp−型A Q G a A s層50の走行を良
くするために、第1図(c)に示す様にAQ組成比Xを
gradedにしても良い。即ち、p十型G a A 
sコレクタ[41側でX=O,Oとし、2DEG側でx
=0.35  に選びその間のAQ組成比を連結的に変
えた。
P型AΩGaAs45のドーピングレベルは目的に応じ
て通常1×1017〜5X10”■−8の範囲で使用す
ることが多い。
実施例2 第2図(a)、(b)にHB TとFETを同一基板に
作製した例を示す。
実施例1と同−二ピウェーハに対し、2DEG−HBT
は、実施例1と同様に形成できる。一方2DEGをF 
E T (Field Effect Transis
for)の能動層とに用いる場合、ソース・ドレイン電
極20.21をA u G s / N i / A 
uを用いてn型A Q G a A s層43上に形成
し、接合型ゲート電極メタル22としてA u Rn 
/ A uを用いて2DEG−FETを形成した。
第2図(a)において2DEG−FET部分をAでDE
G−HBT部分をBで示す。
又、2DEG−FETはショットキー接合型ゲート構造
を用いることが多いので、その場合には第2図(b)の
Aの部分に示すように、P型エミッタ145.45’ 
を除去してショットキーゲートメタル22′ (たとえ
ばT i / P t / A u 。
A n + W S x 、等)を形成する。
FET部分のしきい値V t hはA Q G a A
 s膜厚をエツチング等で調整して決めているのは従来
FETと同様である。
p型A Q、G a A s層45のドーピングベルは
目的に応じて通常1×10170−δ〜lXIO20■
−3の範囲で用いることが多い。
以上の実施例ではG a A s / A Q G a
 A sヘテロ接合系の場合について述べたが、他の二
元/三元系ヘテロ接合、例えばG a A s / G
 e 。
AQGaAs/Ge、I nAllAs/InGaAs
+I n G a A s P / I n P等のヘ
テロ接合においても2次元状担体が形成される。従来の
コレクタ層を上記本発明の様に禁止帯の広い半導体ヘテ
ロ接合におきかえることで同様な効果を出すことができ
る。
又、以上の実施例でn型とP型を入れかえる(SiとB
eを入れかえる)と二次元正孔ガス(Two Dime
nsional Ho1e Ga5)を用いて同様の発
明を実施できる。
〔発明の効果〕
本発明によれば、ベース・コレクタ耐圧を劣化させるこ
となくp−型コレクタ層を従来構造より約1/3薄膜化
することができたのでpnp型でありながら1通常のn
pn型HBTより約3倍高いJT(ガツトオフ周波数)
を実現できた。
又、pnp型2DEG−HBT と2DEC−FETを
自然な形で同一基板に形成できた。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明を説明するため及び本発明の実施
例1のトランジスタ断面構造図、同図(b)(Q)はそ
のエネルギーバンド図、及び第2図は本発明の実施例2
のpnp型2DEG−HBTと2DEG−FETを同一
基板内に形成した時の断面構造図である。 20.21・・・ソース・ドレイン電極メタル、22・
・・j−FETゲート電極メタル、22′・・・ショッ
トキーゲートメタル、24・・・ベース電極メタル、2
5・・・エミッタ電極メタル、26・・・コレクタ電極
メタル、40・・・半絶縁性GaAs基板、41・・・
p + G a A s 、 42−アンドープG a
 A s、43− n A Q G a A s、45
− p A Q G a A s、50=−p−AQG
aAs、50 ’ −graded p−A 17. 
GaAs、59・・・2DEG。 第 1図 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、エネルギー禁止帯幅の広い半導体層 I と、それよ
    りエネルギー禁止帯幅の狭い半導体層IIと、両者のヘテ
    ロ接合界面に形成される二次元状担体と、前記半導体層
    I に電気的に接続された電極と、前記半導体層IIとヘ
    テロ接合している前記半導体層IIよりエネルギー禁止帯
    幅の広い半導体層IIIと、前記半導体層 I と接して形成
    された前記半導体層 I とは逆導電型の半導体層IVと、
    前記半導体層III、IVに各々電気的に接続された電極を
    有する半導体装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5293084A (en) * 1991-09-10 1994-03-08 Hitachi, Ltd. High speed logic circuit
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