DE102017115546B4

DE102017115546B4 - Bipolartransistor mit Heteroübergang

Info

Publication number: DE102017115546B4
Application number: DE102017115546.5A
Authority: DE
Inventors: Yasunari Umemoto; Shigeki Koya; Shigeru Yoshida; Isao Obu
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2017-07-11
Publication date: 2021-02-18
Anticipated expiration: 2037-07-12
Also published as: CN113764519A; CN107611175A; TWI659533B; DE102017115546A1; US10374071B2; JP2018010896A; US20180012979A1; CN107611175B; TW201813088A

Abstract

Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500), aufweisend: eine Kollektorschicht (3, 103), eine Basisschicht (4, 104), eine Emitterschicht (5, 105), und eine Halbleiterschicht (6, 106), die in der Reihenfolge geschichtet sind,wobei die Emitterschicht (5, 105) einen ersten Bereich (e1) mit einer oberen Oberfläche, auf der die Halbleiterschicht (6, 106) geschichtet ist, und einen zweiten Bereich (e2), der an den ersten Bereich (e1) angrenzt und eine freiliegende obere Oberfläche hat, beinhaltet, unddie ersten (e1) und zweiten Bereiche (e2) der Emitterschicht (5, 105) höhere Dotierungskonzentrationen in Teilen nahe der oberen Oberflächen haben als in Teilen nahe einer Grenzfläche zwischen der Emitterschicht (5, 105) und der Basisschicht (4, 104).

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bipolartransistor mit Heteroübergang.
Beschreibung des Standes der Technik
JP 2015-041723 A offenbart einen Transistor mit Heteroübergang mit den Emitterschichten, die eine freiliegende Oberfläche haben. Kashio, N. el al.: High-Speed and High-Reliabilty InP-Based HBTs With a Novel Emitter, IEEE Transactions On Electron Devices, Vol. 57, No. 2, February 2010, S. 373 offenbart einen Transistor mit Heteroübergang, bei dem die obere Emitterschicht eine höhere Dotierungskonzentration aufweist als die untere Emitterschicht. Die obere Emitterschicht hat keinen freiliegenden Bereich.
Beschreibung der Erfindung
Mobilkommunikationsvorrichtungen wie Handys setzen gemeinhin Transistoren mit Heteroübergang (HTBs) ein, um die Leistung der an die Basisstation übertragenen Funkfrequenzsignale zu verstärken. Zum Beispiel offenbart die ungeprüfte japanische Offenlegungsschrift JP 2002-76015 A einen HBT, bei dem eine Kollektorschicht, eine Basisschicht, und eine Emitterschicht in dieser Reihenfolge geschichtet werden, und die Emissionsschicht besitzt eine Dotierungskonzentration, welche in der gesamten Emitterschicht einheitlich ist.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
HBTs haben Bedarf an Mehrleistungseffizienz. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben untersucht, wie die Effizienz von HBTs gesteigert werden kann. Im Ergebnis haben sie festgestellt, dass eine der Methoden, dies zu erzielen, darin besteht, die Dotierungskonzentration der Emitterschicht eines HBTs zu erhöhen, um dadurch die Basis-Emitter-Kapazität zu erhöhen. Jedoch ist der in der ungeprüften japanischen Offenlegungsschrift JP 2002-76015A offenbarte HBT (nachfolgend auch als bekannter HBT bezeichnet) hinsichtlich der Steigerung der Konzentration der Emitterschicht aus folgenden drei Gründen beschränkt.
Zunächst verursacht die Steigerung der Dotierungskonzentration ohne eine Änderung der Dicke der Emitterschicht die Bildung eines leitenden Bereichs in einem Ledge-Bereich (später beschrieben) der Emitterschicht, was zu einer Verringerung des Stromverstärkungsfaktors führt. In dem Ledge-Bereich erfüllt die Dicke t_s einer Flächenverarmungsschicht die folgende Formel (1) auf Grundlage einer Poisson-Gleichung.
$Φ_{s} = \frac{q N_{d} t_{s}^{2}}{2 ε} (0 \leq t_{s} \leq t)$
wobei t die Dicke der Emitterschicht ist (also die Dicke des Ledge-Bereichs); t_s die Dicke der Flächenverarmungsschicht in dem Ledge-Bereich ist; N_d die Dotierungskonzentration der Emitterschicht ist; Φ_s das Flächenpotential der Emitterschicht ist; ε die dielektrische Konstante der Emitterschicht ist; und q die Elementarladung eines Elektrons ist.
Die Formel (1) wird umgestellt und die Dicke t₂ der Flächenverarmungsschicht wird durch die folgende Formel (2) dargestellt.
$t_{s} = {(\frac{2 ε Φ_{s}}{q N_{d}})}^{\frac{1}{2}}$
Formel (2) deutet an, dass eine Zunahme in der Dotierungskonzentration N_d zu einer Zunahme im Nenner der rechten Seite der Formel führt, was zu einer Abnahme der Dicke t_s der Flächenverarmungsschicht führt. Daher wird t_s < t, wenn die Dotierungskonzentration N_d eine vorgegebene Konzentrationsobergrenze N_dMAX(t) überschreitet, das bedeutet die Dicke t_s der Flächenverarmungsschicht in dem Ledge-Bereich wird kleiner als die Dicke t des Ledge-Bereichs. Die Konzentrationsobergrenze N_dMAX(t) der Dotierungskonzentration, bei welcher der Ledge-Bereich vollständig verarmt ist, wird durch die folgende Formel (3) dargestellt, welche durch Ersetzen von t für t_s in Formel (1) erhalten wird.
$N_{d M A X} (t) = \frac{2 ε Φ_{s}}{{qt}^{2}}$
Somit wird der Versuch der Erhöhung der Dotierungskonzentration durch die Konzentrationsobergrenze N_dMAX(t), berechnet durch Formel (3), beschränkt.
Zweitens zeigt die Formel (3) an, dass eine Abnahme der Dicke t der Emitterschicht zu einer Zunahme des Nenners der rechten Seiten Seite der Formel führt, was zu einer Erhöhung der Konzentrationsobergrenze N_dMAX(t) führt. Da jedoch der Ledge-Bereich durch Wegätzen von Teilen von Verbundschichten über der Emitterschicht bereitgestellt wird, muss der Ledge-Bereich eine Dicke haben, die groß genug ist, Variationen in der Ätzmenge zu tolerieren. Zudem, wenn der Ledge-Bereich dünner als ein Vorgabewert ist, wirkt er nicht dahingehend, eine Zunahme in dem Leckstrom aufgrund einer Rekombination an der Oberfläche der Basisschicht zu unterdrücken. Wenn die minimale Dicke des Ledge-Bereichs durch t_MIN dargestellt wird, erfüllt die Konzentrationsobergrenze N_DMAX der Dotierungskonzentration die folgende Formel (4).
$N_{d M A X} (t_{M I N}) = \frac{2 ε Φ_{s}}{q t_{M I N}^{2}}$
Insbesondere ist zum Beispiel t_MIN etwa 30 bis 40 nm im Allgemeinen. Bei einer Dicke von tMIN = 30 nm und Φ_s = 0,44 eV, wird die Konzentrationsobergrenze N_dMAX (t_MIN) der Dotierungskonzentration berechnet als 7,1 x 10¹⁷ cm^-3 •
Drittens führt bei einer Zunahme der
Dotierungskonzentration N_d die Anlegung einer Sperrspannung über die Basis und den Emitter zu einer Zunahme in der Stärke des elektrischen Felds in einem Teil (nahe der Basisschicht) der Emitterschicht. Dies führt zu einer Verringerung in der Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit.
Die vorliegende Erfindung erfolgte angesichts dieser Umstände. Entsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen HBT bereitzustellen, der eine erhöhte Effizienz besitzt, während eine Verringerung in dem Stromverstärkungsfaktor und eine Verringerung in der Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit unterdrückt wird.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein HBT eine Kollektorschicht, eine Basisschicht, eine Emitterschicht, und eine Halbleiterschicht, die in dieser Reihenfolge geschichtet werden, wobei die Emitterschicht einen ersten Bereich mit einer oberen Oberfläche, auf der die Halbleiterschicht geschichtet ist, und einen zweiten Bereich, welcher an den ersten Bereich angrenzt und eine obere Oberfläche besitzt, die freiliegt, beinhaltet, und die ersten und zweiten Bereiche der Emitterschicht höhere Dotierungskonzentrationen in Teilen nahe der oberen Oberflächen haben als in Teilen nahe einer Grenzfläche zwischen der Emitterschicht und der Basisschicht.
Die vorliegende Erfindung kann einen HBT bereitstellen, der eine erhöhte Effizienz besitzt, während eine Verringerung in dem Stromverstärkungsfaktor und eine Verringerung in der Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit unterbunden werden.
Andere Merkmale, Elemente, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden genauen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht eines HBT 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihrer Dotierungskonzentrationen in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
3 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke t_H einer oberen Schicht und der Konzentrationsobergrenze N_dHMAX der Dotierungskonzentration der oberen Schicht in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Schaubild, welches ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Basis-Emitter-Spannung Vbe und der Basis-Emitter-Kapazität Cbe des HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
5A veranschaulicht einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5B veranschaulicht einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5C veranschaulicht einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5D veranschaulicht einen Schritt eines Verfahrens zur Herstellung des HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke t_L einer unteren Schicht und eines Emitterbeistandswiderstands ΔRe in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
7 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke tL einer unteren Schicht und eines Emitterbeistandswiderstands ΔRe in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
8 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke tL einer unteren Schicht und eines Emitterbeistandswiderstands ΔRe in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
9 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen in einem HBT 200 gemäß einer Modifizierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
10 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen in einem HBT 300 gemäß einer anderen Modifizierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
11 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen in einem HBT 400 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
12 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen in einem HBT 500 gemäß einer Modifizierung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genau anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei werden gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen redundante Beschreibungen entfallen.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 wird ein HBT gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine Schnittansicht eines HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und deren Dotierungskonzentrationen in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie in 1 veranschaulicht ist der HBT 100 auf einem Halbleitersubstrat 1 gebildet. Das Halbleitersubstrat 1 ist zum Beispiel aus GaAs gebildet und besitzt eine Breitenrichtung parallel zur Y-Achse, eine Längsrichtung parallel zur X-Achse, und eine Dickenrichtung parallel zur Z-Achse (siehe 1). Das Material für das Halbleitersubstrat 1 ist nicht auf GaAs beschränkt und Beispiele der Materialien umfassen Si, InP, SiC und GaN.
Auf dem Halbleitersubstrat 1 sind die folgenden Schichten in dieser Reihenfolge in der positiven Z-Achsenrichtung geschichtet bzw. aufgebracht: eine Sub-Kollektorschicht 2, eine Kollektorschicht 3, eine Basisschicht 4, eine Emitterschicht 5, eine Kontaktschicht 6, eine Anpassungsschicht 7, und eine Kontaktschicht 8. Hierbei sind die nachstehend beschriebenen Merkmale wie Materialien, Dotierungskonzentrationen und Schichtstärken lediglich Beispiele und sollten nicht als beschränkend aufgefasst werden.
Die Sub-Kollektorschicht 2 ist auf dem Halbleitersubstrat 1 ausgebildet. Das Material für die Sub-Kollektorschicht 2 ist nicht spezifisch beschränkt und ist, zum Beispiel, ein Material mit einer kristallinen Struktur. Die Sub-Kollektorschicht 2 wirkt mit der Kollektorschicht 3 als Kollektor zusammen.
Die Kollektorschicht 3 ist auf der Sub-Kollektorschicht 2 gebildet. Das Material für die Kollektorschicht 3 ist nicht spezifisch beschränkt und ist zum Beispiel ein Material mit einer kristallinen Struktur. Zum Beispiel enthalten in dieser Ausführungsform die Sub-Kollektorschicht 2 und die Kollektorschicht 3 GaAs als Hauptbestandteil.
Hierbei kann die GaAs-enthaltende Kollektorschicht 3 als Ganzes ein n-dotierter Halbleiter oder ein p-dotierter Halbleiter sein. Wenn die Kollektorschicht 3 ein n-dotierter Halbleiter ist, wirkt der HBT 100 als npn-Transistor. Wenn die Kollektorschicht 3 als p-dotierter Halbleiter gebildet ist, wirkt der HBT 100 als pnp-Transistor. Jedoch ist der n-dotierte Halbleiter unter dem Gesichtspunkt guter Frequenzeigenschaften verglichen mit dem pnp-Transistor bevorzugt, weil GaAs eine Loch-Mobilität besitzt, die geringer ist als die Elektronenmobilität (Elektronenmobilität: etwa 0,85 m²/Vs, Lochmobilität; etwa 0,04 m²/Vs). Nachfolgend wird diese Ausführungsform zu einem Beispiel beschrieben, in dem die Sub-Kollektorschicht 2 und die Kollektorschicht 3 n-leitende Halbleiter sind. Um die Sub-Kollektorschicht 2 und die Kollektorschicht 3 als n-leitende Halbleiter auszubilden, werden diese Schichten mit einem Dotierstoff wie Si, S, Se, Te, oder Sn dotiert. Um die Sub-Kollektorschicht 2 und die Kollektorschicht 3 als p-dotierte Halbleiter auszubilden, werden diese Schichten mit einem Dotierstoff wie C, Mg, Be, oder Tn dotiert. In dieser Ausführungsform besitzt zum Beispiel die Sub-Kollektorschicht 2 eine Si-Dotierungskonzentration von 3 × 10¹⁸ cm^-3 und eine Dicke von 600 nm, und die Kollektorschicht 3 besitzt eine Si-Dotierungskonzentration von 1 × 10¹⁶ cm^-3 und eine Dicke von 950 nm.
Die Basisschicht 4 ist auf der Kollektorschicht 3 gebildet. Das Material für die Basisschicht 4 ist nicht spezifisch beschränkt. Beispiele des Materials beinhalten GaAs, AlGaAs, InGaAs, GaAsSb, GaAsPBi, GaInNAs, GaAsBi, GaAsN, und GaAsBiN. Die Basisschicht kann beispielsweise eine mehrlagige Basisstruktur haben, die aus einer Kombination solcher Materialien gebildet wird, oder eine Zusammmensetzungsgradient-Basisstruktur. In dieser Ausführungsform beispielsweise enthält die Basisschicht 4 als Hauptbestandteil GaAs, bei dem es sich um das gleiche Material wie in der Sub-Kollektorschicht 2 und der Kollektorschicht 3 handelt.
Der Hauptbestandteil der Basisschicht 4, GaAs, kann ein n-dotierter Halbleiter oder ein p-dotierter Halbleiter sein. In dieser Ausführungsform, da die Kollektorschicht 3 ein n-dotierter Halbleiter ist, ist das GaAs der Basisschicht 4 ein p-dotierter Halbleiter. Die Basisschicht 4 hat eine C-Dotierungskonzentration von 4 × 10¹⁹ cm^-3 und eine Dicke von 100 nm.
Die Emitterschicht 5 ist auf der Basisschicht 4 gebildet. Das Material für die Emitterschicht 5 ist nicht spezifisch beschränkt, vorausgesetzt es handelt sich um einen Halbleiter. Da jedoch in dieser Ausführungsform die Emitterschicht 5 und die Basisschicht 4 einen Heteroübergang bilden, ist die Emitterschicht 5 bevorzugt aus einem Halbleitermaterial gebildet, das als Hauptbestandteil ein Material enthält, das zur Gitterstruktur des Hauptbestandteils der Basisschicht 4 passt. Zum Beispiel ist die Emitterschicht 5 ein n-dotierter Halbleiter enthaltend, als Hauptbestandteil, InGaP, dargestellt durch In_xGa_1-xP, wobei × = 0,5 beim In-Anteil ist, und eine Si-Dotierungskonzentration von 2 × 10¹⁷ bis 3 x 10¹⁸ cm^-3 besitzt, und eine Dicke von 36 nm. Details der Emitterschicht werden später beschrieben.
An einem Teil der Emitterschicht 5 werden die folgenden Schichten in dieser Reihenfolge gebildet: die Kontaktschicht 6 (Halbleiterschicht), Anpassungsschicht 7, und die Kontaktschicht 8 (nachfolgend werden diese Schichten gemeinsam als mehrere Halbleiterschichten bezeichnet). Die Kontaktschicht 6 ist beispielweise ein n-dotierter Halbleiter enthaltend GaAs als Hauptbestandteil, besitzt eine Silizium-Dotierung von 3 × 10¹⁸ cm^-3, und eine Dicke von 90 nm. Die Anpassungsschicht 7 ist zum Beispiel ein n-dotierter Halbleiter enthaltend, als Hauptbestandteil, InGaAs mit × = 0 bis 0,5 des In-Teils, besitzt eine Silizium-Konzentration von 1 × 10¹⁹ cm^-3, und eine Dicke von 50 nm. Die Kontaktschicht 8 ist beispielsweise ein n-dotierter Halbleiter enthaltend, als Hauptbestandteil, InGaAs mit 0 = 0,5 des In-Teils, besitzt eine Silizium-Konzentration von 1 × 10¹⁹ cm^-3, und eine Dicke von 50 nm. Die mehreren Halbleiterschichten sind an einem Teil der oberen Oberfläche der Emitterschicht 5 gebildet (die obere Oberfläche ist eine Hauptfläche auf der positiven X-Achsenrichtungsseite der Emitterschicht 5). Somit hat in dieser Ausführungsform jede der Hauptoberflächen (parallel zur XY-Achsenebene) der mehreren Halbleiterschichten eine kleinere Fläche als eine Hauptoberfläche (parallel zur XY-Achsenebene) der Emitterschicht 5. Hierbei ist es möglich, dass der HBT die Kontaktschicht 6, die Anpassungsschicht 7, und/oder die Kontaktschicht 8 nicht enthält, und kann eine von diesen mehreren Halbleiterschichten verschiedene Halbleiterschicht enthalten.
Die Kollektor-Elektroden sind als Paar auf der Sub-Kollektorschicht 2 in der Breitenrichtung (Y-Achsenrichtung) der Sub-Kollektorschicht 2 derart gebildet, dass die Kollektorschicht 3 zwischen den Kollektorelektroden 9 positioniert ist. Alternativ kann eine Kollektorelektrode 9 auf der Sub-Kollektorschicht 2 gebildet werden, um so auf jeder der Seiten der Kollektorschicht 3 zu sein. Das Material für die Kollektorelektroden 9 ist nicht spezifisch beschränkt und ist beispielsweise AuGe/Ni/Au. In dieser Ausführungsform haben die Kollektorelektroden 9 eine Struktur aus AuGe (Schichtstärke: 60 nm)/Ni (Schichtstärke: 10 nm)/Au (Schichtstärke: 200 nm). Hierbei bedeutet das Zeichen „/“ eine Verbundstruktur. Zum Beispiel bedeutet AuGe/Ni eine Struktur, bei der eine Ni-Schicht auf einer AuGe-Schicht geschichtet bzw. aufgebracht ist. Dasselbe gilt für die folgenden Beschreibungen.
Eine Basiselektrode 10 ist auf der Basisschicht 4 gebildet. Das Material für die Basiselektrode 10 ist nicht spezifisch beschränkt, und ist beispielweise Ti/Pt/Au. In dieser Ausführungsform besitzt die Basiselektrode 10 eine Struktur aus Ti (Schichtstärke 50 nm)/Pt (Schichtstärke: 50 nm)/Au (Schichtstärke: 200 nm).
Eine Emitterelektrode ist auf der Kontaktschicht 8 gebildet. Das Material für die Emitterelektrode ist nicht spezifisch beschränkt, und ist beispielsweise Mo/Ti/Pt/Au, WSi, oder AuGe/Ni/Au. In dieser Ausführungsform ist die Emitterelektrode 11 aus WSi gebildet (Si-Teil: 0,3, Schichtstärke: 300 nm).
Nachfolgend, unter Bezugnahme auf 2, wird die Emitterschicht 5 genauer beschrieben. Hierbei gibt in dem Schaubild von 2 die Ordinate die Dotierungskonzentration (cm^-3) jeder Schicht an; und die Abszisse gibt eine Tiefe (nm) in dem HBT 100, in der negativen Z-Achsenrichtung, von der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 6 an (die obere Oberfläche ist eine Hauptoberfläche auf der positiven Z-Achsenrichtungsseite der Kontaktschicht 6).
In dieser Ausführungsform ist die Emitterschicht 5 aus zwei Schichten aufgebaut. Insbesondere beinhaltet die Emitterschicht 5 (Dicke t 0 36 nm) eine untere Schicht 5a (Dicke t_L = 16 nm) und eine obere Schicht 5b (Dicke t_H = 20 nm), die in dieser Reihenfolge von der Basisschicht 4-Seite der Emitterschicht 5 geschichtet sind. Die untere Schicht 5a und die obere Schicht 5b besitzen unterschiedliche Dotierungskonzentrationen. Die obere Schicht 5b besitzt eine Dotierungskonzentration N_dH, die höher ist als die Dotierungskonzentration N_dL der unteren Schicht 5a (siehe 2). Zum Beispiel kann die untere Schicht 5a eine Dotierungskonzentration N_dL haben (d.h. die Dotierungskonzentration eines Teils nahe der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht 5 und der Basisschicht 4) von 3,2 × 10¹⁷ cm^-3, während die obere Schicht eine Dotierungskonzentration N_dH (d.h. die Dotierungskonzentration eines Teils nahe der oberen Grenzfläche der Emitterschicht 5) von 8,8 × 10¹⁷ cm^-3 besitzt. Jedoch sind die Dotierungskonzentrationen und die Dicken der unteren Schicht 5a und der oberen Schicht 5b nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Die obere Oberfläche der Emitterschicht 5 (die obere Oberfläche in eine Hauptoberfläche auf der positiven Z-Achsenrichtungsseite der Emitterschicht 5) hat einen Bereich e1, auf dem die Kontaktschicht 6, die Anpassungsschicht 7, und die Kontaktschicht 8 in dieser Reihenfolge geschichtet sind, und einen zweiten Bereich e2, der an den ersten Bereich e1 angrenzt und eine freiliegende obere Oberfläche der Emitterschicht 5 ohne die darauf gebildeten mehreren Halbleiterschichten hat. Bei dem zweiten Bereich e2 der Emitterschicht 5 handelt es sich um einen Bereich beinhaltend eine Flächenverarmungsschicht (nachfolgend als Ledge-Bereich bezeichnet), die in Abhängigkeit von der Dotierungskonzentration und dem Flächenpotential der Emitterschicht 5 verarmt ist. Der Ledge-Bereich schützt und stabilisiert die obere Oberfläche der Basisschicht 4, um dadurch eine Zunahme im Leckstrom aufgrund von Rekombination an der Oberfläche zu unterbinden, um eine Abnahme in dem Stromverstärkungsfaktor aufgrund der Zunahme zu verhindern. In dieser Ausführungsform erstreckt sich die in dem Ledge-Bereich gebildete Verarmungsschicht bis zur Grenzfläche zwischen der Emitterschicht 5 und der Basisschicht 4. Somit wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten. Nachfolgend wird diese vollständige Verarmung beschrieben.
Die Dotierungskonzentration und Dicke der unteren Schicht werden durch N_dL bzw. t_L dargestellt; die Dotierungskonzentration und Dicke der oberen Schicht werden durch N_dH bzw. t_H dargestellt; und die Dicke der Flächenverarmungsschicht in dem Ledge-Bereich wird durch t_s dargestellt. Die Dicke t_s der Flächenverarmungsschicht erfüllt die folgende Formel (5) auf Grundlage einer Poisson-Gleichung.
$Φ_{s} = \frac{q N_{d H} t_{H}^{2}}{2 ε} + \frac{q N_{d L} (t_{s}^{2} - t_{H}^{2})}{2 ε} (t_{H} \leq t_{s} \leq t)$
In Formel (5), wenn t_s = t, ist der Ledge-Bereich vollständig verarmt. Somit erfüllt die Dotierungskonzentration N_dH der oberen Schicht, bei der eine vollständige Verarmung erzielt wird, die folgende Formel (6).
$Φ_{s} = \frac{q N_{d H} t_{H}^{2}}{2 ε} + \frac{q N_{d L} (t^{2} - t_{H}^{2})}{2 ε}$
Ferner, wenn die Dotierungskonzentration N_dH der oberen Schicht die folgende Formel (7) erfüllt, wird der Ledge-bereich als vollständig verarmt beibehalten.
$Φ_{s} \geq \frac{q N_{d H} t_{H}^{2}}{2 ε} + \frac{q N_{d L} (t^{2} - t_{H}^{2})}{2 ε}$
Wenn das Gleichheitszeichen der Formel (7) gültig ist (d.h. die Formel (6) ist gültig), ist die Dotierungskonzentration N_dH der oberen Schicht gleich der Konzentrationsobergrenze N_dHMAX(t) . Ein Vergleich der obigen Formeln (3) und (6) ergibt das Folgende. Die Dicke t_H der oberen Schicht und die Dotierungskonzentration N_dL der unteren Schicht sind auf ausreichend kleine Werte verringert, so dass die Konzentrationsobergrenze N_dHMAx(t) der Dotierungskonzentration der oberen Schicht, welche die Formel (6) erfüllt, höher als die Konzentrationsobergrenze N_dMAX(t) der Dotierungskonzentration der Emitterschicht in der Formel (3) wird. Das heißt, verglichen mit dem bestehenden HBT, kann die Konzentrationsobergrenze N_dHMAx(t) der Dotierungskonzentration erhöht werden, während der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten wird.
3 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke t_H der oberen Schicht und der Konzentrationsobergrenze N_dHMAX der Dotierungskonzentration der oberen Schicht in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Schaubild von 3 veranschaulicht das Ergebnis der Berechnung der Konzentrationsobergrenze N_dHMAx(t) der Dotierungskonzentration der oberen Schicht durch die Formel (6), wenn die Dicke t der gesamten Emitterschicht 36 nm beträgt, die Dotierungskonzentration N_dL der unteren Schicht 3,2 × 10¹⁷ cm^-3 beträgt, und die Dicke t_H der oberen Schicht 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, oder 36 nm beträgt. Die Ordinate gibt die Konzentrationsobergrenze N_dHMAX (× 10¹⁷ cm^-3) der Dotierungskonzentration der oberen Schicht an. Die Abszisse gibt die Dicke t_H (nm) der oberen Schicht an.
Wie in 3 veranschaulicht, verglichen mit der Konzentrationsobergrenze der Dotierungskonzentration des aus dem Stand der Technik bekannten BHT (d.h. N_dHMAx(t) wenn t_H = 36 nm), ist die Konzentrationsobergrenze N_dHMAx(t) der Dotierungskonzentration in dieser Ausführungsform hoch, bei welcher die Emitterschicht einen zweischichtigen Aufbau der oberen Schicht und der unteren Schicht hat. 3 zeigt ebenfalls, dass je kleiner die Dicke t_H der oberen Schicht ist, je höher die N_dHMAx(t) der Dotierungskonzentration der oberen Schicht ist.
Wie beschrieben worden ist, ist in dieser Ausführungsform die untere Schicht 5a, welche eine geringe Dotierungskonzentration als die obere Schicht 5b hat, in der Emitterschicht 5 gebildet. Im Ergebnis teilt sich die Flächenverarmungsschicht in dem Ledge-Bereich in die Richtung geringer Dotierungskonzentration (also die Basisschicht 4-Seite der Emitterschicht 5), um so den Ledge-bereich vollständig verarmt beizubehalten. Somit kann, obgleich die Erzeugung eines leitenden Bereichs in dem Ledge-Bereich vermieden wird, die Dotierungskonzentration der Emitterschicht über die Konzentrationsobergrenze der Dotierungskonzentration der Emitterschicht des aus dem Stand der Technik bekannten HBT hinaus erhöht werden. Im Ergebnis ist die Basis-Emitter-Kapazität des HBT erhöht, so dass der HBT eine erhöhte Effizienz besitzt.
Zudem kann die Dotierungskonzentration der Emitterschicht erhöht werden, ohne eine Verringerung von der Dicke t der Emitterschicht des aus dem Stand der Technik bekannten HBT erforderlich zu machen. Somit kann die Dicke der Emitterschicht auf die minimale Dicke t_MIN des aus dem Stand der Technik bekannten HBT festgelegt werden, so dass die Dicke innerhalb der Wertebereichs liegt, die ätzbedingte Variationen in der Dicke der Emitterschicht tolerieren. Zudem wird die Funktion des Ledge-Bereichs beibehalten, um dadurch eine Verringerung im Stromverstärkungsfaktor zu verhindern. Hierbei kann in dieser Ausführungsform, wenn die Emitterschicht eine minimale Dicke besitzt, die durch Herstellungsbeschränkungen bestimmt wird (z.B. t_MIN = 30 nm), der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten werden (siehe Formel (6)), selbst wenn die Dotierungskonzentration auf größer gleich die Konzentrationsobergrenze der Dotierungskonzentration des aus dem Stand der Technik bekannten HBT festgelegt wird (z.B. N_dHMAX (t) = etwa 7,1 × 10¹⁷ cm^-3) . Insbesondere hat die obere Schicht bevorzugt eine Dotierungskonzentration von 7,5 × 10¹⁷ cm^-3 oder mehr.
Zudem kann die Dotierungskonzentration der unteren Schicht geringer als die Dotierungskonzentration bei dem aus dem Stand der Technik bekannten HBT festgelegt werden. Somit nimmt die Stärke eines elektrischen Felds auf der Basisschichtseite der Emitterschicht während der Anlegung einer Sperrspannung über Basis und Emitter ab. Entsprechend kann eine Abnahme in der Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit unterbunden werden.
4 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Basis-Emitter-Spannung Vbe und der Basis-Emitter-Kapazität Cbe bei dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Schaubild aus 4 veranschaulicht das Simulationsergebnis der Basis-Emitter-Kapazität Cbe bei dem HBT 100 (Dotierungskonzentration N_dH der oberen Schicht = 8,8 × 10¹⁷ cm^-3, Dotierungskonzentration N_dL der unteren Schicht = 3,2 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke t_H der oberen Schicht = 20 nm, Dicke t_L der unteren Schicht = 16 nm) und bei dem aus dem Stand der Technik bekannten HBT (Dotierungskonzentration N_d = 4,0 × 10¹⁷ cm^-3, Dicke t der Emitterschicht = 36 nm). Die Ordinate gibt die Basis-Emitter-Kapazität (F) der HBTs an. Die Abszisse gibt die Basis-Emitter-Spannung (V) der HBTs an.
Wie in 4 veranschaulicht, weil der GBT 100 derart hergestellt ist, dass die Emitterschicht in eine untere Schicht und eine obere Schicht geteilt ist, und die Dotierungskonzentration N_dH höher gesetzt wurde als die Dotierungskonzentration der Emitterschicht des aus dem Stand der Technik bekannten HBT, ist die Basis-Emitter-Kapazität Cbe des HBT bezüglich jeder Basis-Emitter-Spannung Vbe erhöht, verglichen mit dem aus dem Stand der Technik bekannten HBT. Zudem, wie in 3 veranschaulicht, wenn die obere Schicht eine Dicke t_H von 20 nm hat, beträgt die Konzentrationsobergrenze N_dm_4Ax der Dotierungskonzentration der oberen Schicht 8,8 × 10¹⁷ cm^-3. Daher ist in dieser Ausführungsform der Ledge-Bereich vollständig verarmt.
Die obigen Simulationsergebnisse zeigen an, dass in dieser Ausführungsform, während der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten wird, die Basis-Emitter-Kapazität des HBT erhöht ist. Hierbei führt die Erhöhung der Basis-Emitter-Kapazität Cbe zu einer Erhöhung (z.B. einer Erhöhung um 1,5 %) der Leistungsmehreffizienz der HBT, verglichen mit dem aus dem Stand der Technik bekannten HBT.
Nachfolgend wird anhand der 5A bis 5D ein Verfahren zur Herstellung des HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die 5A bis 5D veranschaulichen Schritte des Verfahrens zur Herstellung des HBT 1ßß gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die 5A bis 5D sind in der gleichen Richtung veranschaulicht wie in der Schnittansicht des HBT 100 in 1. Hierbei sind Details der Materialien für die Elemente die gleichen wie in den obigen Beschreibungen für den HBT 100 und werden deshalb in der folgenden Beschreibung nicht wiederholt.
In Bezugnahme auf 5A werden auf einem Halbleitersubstrat die folgenden Schichten aufgebracht, in dieser Reihenfolge: eine Sub-Kollektorschicht 102, eine Kollektorschicht 103, eine Basisschicht 104, eine untere Schicht 105a einer Emitterschicht 105, eine obere Schicht 105b der Emitterschicht 105, eine Kontaktschicht 106, eine Anpassungsschicht 107, und eine Kontaktschicht 108. Somit wird eine Verbundelement 1000 erhalten. Die Schichten werden zum Beispiel durch ein epitaktisches Aufwachsverfahren wie etwa metallorganische chemische Dampfphasenabscheidung (MOCVD) aufgebracht. Allgemein wird eine n-dotierte Halbleiterschicht vermittels Si-Dotierung gebildet, und eine p-dotierte Halbleiterschicht wird vermittels C-Dotierung herstellt. Die Kontaktschicht 108 kann beispielsweise mit Se oder Te dotiert werden.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5B eine Emitterelektrode 111 auf der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 108 gebildet. Die Kontaktschicht 108, die Anpassungsschicht 107, und die Kontaktschicht 106 werden teilweise durch eine vorgegebene Photolackmaske (nicht dargestellt) als Ätzmakse weggeätzt. Diese Schichten werden zum Beispiel durch eine selektive Ätzbehandlung geätzt, bei der die obere Schicht 105b verbleibt. Die Schichten werden somit geätzt, um einen Mesabereich aus der Kontaktschicht 108, der Anpassungsschicht 107, und der Kontaktschicht 106 zu bilden.
Anschließend wird die Photolackmaske entfernt, um die Oberfläche der oberen Schicht 106b der Emitterschicht 105 freizulegen. Diese Freilegung der oberen Schicht 106b bewirkt die Erzeugung eines Flächenpotentials Φs. Somit wird in einem späteren Schritt ein Ledge-Bereich L gebildet. Hierbei wird der Wert des Flächenpotentials Φs im Wesentlichen von dem Material der Emitterschicht 105 bestimmt, und wird ebenfalls geringfügig durch das für die Ätzbehandlung verwendete Verfahren (z.B. ein nachchemisches Ätzverfahren oder ein trockenchemisches Ätzverfahren), oder die Art oder das Bildungsverfahren eines Passivierungsfilms 112 (siehe 5D), der die Oberfläche des Ledge-Bereichs L bedeckt, beeinflusst.
Nachfolgend wird eine weitere Photolackmaske (nicht dargestellt) zur Strukturierung von Schichten einschließlich der Emitterschicht 105 und der Basisschicht 104 gebildet. Anschießend werden unter Bezugnahme auf 5C die Emitterschicht 105, die Basisschicht 104, und die Kollektorschicht 103 durch die Photolackmaske als Ätzmaske geätzt. Hierdurch entsteht ein Mesabereich aus der Emitterschicht 105, der Basisschicht 104 und der Kollektorschicht 103. Dann wird die Photolackmaske entfernt.
Anschließend wird ein Teil der Emitterschicht 105 entfernt, um die Basisschicht 104 freizulegen, wobei der Teil einem Bereich entspricht, an dem eine Basiselektrode 110 gebildet werden soll. Dann wird die Basiselektrode 110 gebildet, um in Kontakt mit der Basisschicht 104 zu sein. Eine Legierungsbehandlung wird durchgeführt, um einen Ohm'schen Kontakt zwischen der Basiselektrode 110 und der Basisschicht 104 zu bilden.
Anschießend werden unter Bezugnahme auf 5D Kollektorelektroden 109 gebildet, um in Kontakt mit der Sun-Kollektorschicht 102 zu sein. Es wird eine Legierungsbehandlung durchgeführt, um Ohm'sche Kontakte zwischen den Kollektorelektroden 109 und der Subkollektorschicht 102 zu bilden. Schließlich wird der Passivierungsfilm 112 auf der Oberfläche des HBT gebildet. Somit wurde der Hauptteil des Bipolartransistor mit Heteroübergang gebildet. Der Passivierungsfilm ist zum Beispiel ein SiN-Film. Sobald der Passivierungsfilm 112 gebildet wurde, wird das Flächenpotential Φs des Ledge-Bereichs L im Wesentlichen an einen Wert gebunden und im Wesentlichen nicht durch die nachfolgenden Schritte beeinflusst.
Nachfolgend werden spezifische Ausgestaltungen der oberen Schicht und der unteren Schicht gemäß dieser Ausführungsform hinsichtlich der Dotierungskonzentration und Dicke genauer beschrieben.
6 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke t_L der unteren Schicht der Emitterschicht und einem Emitterbeitragswiderstand ΔRe in dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Schaubild aus 6 veranschaulicht den Emitterbeitragswiderstand ΔRe, wenn die Dotierungskonzentration N_dH 100 gleich 8,8 × 10¹⁷ cm^-3, 14 × 10¹⁷ cm^-3, oder 30 × 10¹⁷ cm^-3 beträgt. Die Ordinate gibt den Emitterbeitragswiderstand ΔRe (Ω) des HBT 100 an. Die Abszisse gibt die Dicke t_L (nm) der unteren Schicht an. Der Emitterbeitragswiderstand ΔRe meint hierbei den Wert des Widerstands, der von der Emitterschicht 5 unter der Gesamtheit an Werten des Widerstands der Verbundschichten zwischen der Emitterelektrode 11 und der Basisschicht 4.
Wie in 6 veranschaulicht, wenn die Dicke t_L der unteren Schicht kleiner als eine vorgegebene Dicke ist, steigt der Emitterbeitragswiderstand ΔRe steil an, was zu einer Verschlechterung der HBT-Leistung führt. Der Grund hierfür ist folgender: selbst wenn die untere Schicht eine geringe Dicke t_L besitzt, muss die Dotierungskonzentration N_dL der unteren Schicht erhöht werden (siehe Formel (6), um den Ledge-Bereich als vollständig verarmt beizubehalten; jedoch führt eine Verringerung der Dotierungskonzentration N_dL unter einen vorgegebenen Wert zu einer Erhöhung des Widerstandswerts. Dementsprechend wird die untere Schicht bevorzugt mit einer Dicke t_L größer gleich einer vorgegebenen Dicke gebildet, um die Verschlechterung der HBT-Leistung zu vermeiden. Insbesondere wenn die obere Schicht eine ausreichend hohe Dotierungskonzentration N_dH aufweist, ist die untere Schicht bevorzugt mit einer Dicke t_L gebildet, die größer gleich einem Sechstel der Dicke t der gesamten Emitterschicht ist.
7 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke t_L der unteren Schicht und dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe bei dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Schaubild aus 7 veranschaulicht die Beziehungen zwischen der Dicke t_L der unteren Schicht und dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe bei dem HBT 100, wenn die Dicke t der gesamten Emitterschicht bei dem HBT 100 t = 30 nm, 40 nm, 50 nm, 60 nm, oder 70 nm erfüllt. Hierbei beträgt die Dotierungskonzentration N_dH der oberen Schicht des HBT 100 8,8 × 10¹⁷ cm^-3. Die Ordinate gibt den Emitterbeitragswiderstand ΔRe (Ω) des HBT 100 an. Die Abszisse gibt die Dicke t_L (nm) der unteren Schicht an.
Wie in 7 gezeigt, bei der Emitterschicht mit einer feststehenden Dicke t, konvertiert der Emitterbeitragswiderstand ΔRe gegen einen im Wesentlichen konstanten Wert, wenn die Dicke t_L der unteren Schicht über eine vorgegebene Dicke hinaus erhöht wird. Dieser konstante Wert nimmt mit einer Steigerung der Dicke t der Emitterschicht zu, hin zu dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe = 0,1 Ω. Zudem führt die Zunahme in der Dicke t der Emitterschicht zu einer Zunahme der Zunahmerate in dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe. Wenn t zum Beispiel mehr als 60 nm beträgt, ist die Zunahmerate deutlich hoch (siehe 7). Der Emitterwiderstand bezüglich 100 µm² des Emitters ist allgemein etwa 0,5 bis etwa 1,5 Ω. Eine Zunahme in der Zunahmerate in dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe beeinflusst die Verschlechterung der HBT-Leistung. Somit ist die Dicke t der Emitterschicht des HBT bevorzugt 20 nm oder mehr und 60 nm oder weniger, besonders bevorzugt 20 nm oder mehr und 40 nm oder weniger. Dies ermöglicht eine Vermeidung der Verschlechterung der HBT-leistung, und eine Verbesserung der Wirkung der Erhöhung der Effizienz des HBT aufgrund einer Zunahme in der Dotierungskonzentration der Emitterschicht.
8 ist ein Schaubild, das ein Beispiel des Simulationsergebnisses der Beziehung zwischen der Dicke t_H der oberen Schicht und dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe bei dem HBT 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das Schaubild aus 8 veranschaulicht die Beziehungen zwischen der Dicke t_H der oberen Schicht und dem Emitterbeitragswiderstand ΔRe bei dem HBT 100, wenn die Dicke t der gesamten Emitterschicht des HBT 100 t = 30 nm, 40 nm, 50 nm, 60 nm, oder 70 nm erfüllt. Hierbei beträgt die Dotierungskonzentration N_dn der oberen Schicht des HBT 100 8,8 × 10¹⁷ cm^-3. Die Ordinate gibt den Emitterbeitragswiderstand ΔRe (Ω) des HBT 100 an. Die Abszisse gibt die Dicke t_H (nm) der oberen Schicht an.
Wie in 8 gezeigt, bei dem HBT 100, steigt der Emitterwiderstandswert ΔRe stark an, unabhängig von der Dicke t der Emitterschicht, wenn die Dicke t_H der oberen Schicht größer gleich einer vorgegebenen Dicke ist (z.B. in dem Fall von t = 30 nm, t_H = 27 nm oder mehr), was zu einer Verschlechterung der HBT-Leistung führt. Somit ist die Dicke t_H der oberen Schicht bevorzugt größer gleich einem vorgegebenen Wert. Wenn zum Beispiel die Dicke der Emitterschicht 30 nm oder mehr und 70 nm oder weniger beträgt, ist die Dicke t_H der oberen Schicht bevorzugt 5 nm oder mehr und 26/(t/30) nm (entsprechend der dicken Linie in 8) oder weniger.
Dicke t_Hcrit der oberen Schicht, bei der der Emitterbeitragswiderstand stark ansteigt, entspricht der Dicke t_H der oberen Schicht, wenn die Dotierungskonzentration N_dL der unteren Schicht null beträgt (also N_dL = 0) und der Ledge-Bereich vollständig verarmt ist. Somit erfüllt die Dicke t_Hcrit die folgende Formel (8), die durch Ersetzen von 0 durch N_dL in der obigen Formel (5) erhalten wird.
$t_{H c r i t} = {(\frac{2 ε Φ_{s}}{q N_{d H}})}^{\frac{1}{2}}$
Somit, wenn t_H > t_Hcrit, selbst bei vorhandener unterer Schicht, gibt es keine positiven Dotierungskonzentrationen N_dL (>0) bei denen der Ledge-Bereich vollständig verarmt ist. Somit erfüllt die Dicke t_H der oberen Schicht bevorzugt die folgende Formel (9).
$t_{H} \leq t_{H c r i t}$
9 ist ein Schaubild, das die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen bei einem HBT 200 gemäß einer Modifizierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dem Graphen aus 9 gibt die Ordinate die Dotierungskonzentration (cm^-3) jeder Schicht an; und die Abszisse gibt eine Tiefe (nm) in 1, in der negativen Z-Achsenrichtung, von der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 6 an (die obere Oberfläche ist eine Hauptoberfläche auf der positiven Z-Achsenrichtungsseite der Kontaktschicht 6).
Verglichen mit dem HBT 100 in 1 beinhaltet der HBT 200 ferner in einer Emitterschicht 5A eine Zwischenschicht 5m₁ zwischen einer unteren Schicht 5A und einer oberen Schicht 5B.
Wie in 9 veranschaulicht ist die Dotierungskonzentration der Zwischenschicht 5m₁ höher als die Dotierungskonzentration der unteren Schicht 5a und geringer als die Dotierungskonzentration der oberen Schicht 5b. Insbesondere sind die Dotierungskonzentrationen der unteren Schicht 5a (Dicke: 16 nm), der Zwischenschicht 5m₁ (Dicke: 4 nm), und der oberen Schicht 5b (Dicke: 16 nm) jeweils beispielsweise 3,2 × 10¹⁷ cm^-3, 5 × 10¹⁷ cm^-3, und 8,8 × 10¹⁷ cm^-3. Mit anderen Worten ist die Emitterschicht 5A derart gebildet, dass ein Teil nahe der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht 5A und der Basisschicht 4 eine relativ geringe Konzentration hat, und ein Teil nahe der oberen Oberfläche der Emitterschicht 5A eine relativ hohe Konzentration besitzt, und die Dotierungskonzentration schrittweise von der Seite der Basisschicht 4 zur Seite der Kontaktschicht 6 (Halbleiter) der Emitterschicht 5A zunimmt. Die Zwischenschicht 5m₁ kann eine Dotierungskonzentration im Bereich von beispielsweise etwa 2 x 10¹⁷ bis etwa 9 × 10¹⁷ cm^-3 haben.
Eine Position in der Emitterschicht in der Tiefenrichtung (Z-Achsenrichtung) wird durch × (der Ursprung von × ist an der oberen Oberfläche der Emitterschicht 5 (die untere Oberfläche der Kontaktschicht 6) definiert) dargestellt. Die Dotierungskonzentrationsverteilung der Emitterschicht wird durch N(x) dargestellt. Wenn die Dotierungskonzentrationsverteilung der Emitterschicht nicht einheitlich ist, erfüllt allgemein die Dicke t_s der Flächenverarmungsschicht in dem Ledge-Bereich die folgende Formel (10).
$Φ_{s} = \int_{0}^{t_{s}} \int_{x}^{t_{s}} (\frac{qN (x')}{ε}) dx'dx (0 \leq t_{s} \leq t)$
Bei der Formel (10), in dem Fall von t_s = t, bei dem der Ledge-Bereich vollständig verarmt ist, erfüllt die Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) der Emitterschicht die folgende Formel (11).
$Φ_{s} = \int_{0}^{t} \int_{x}^{t} (\frac{qN (x')}{ε}) dx'dx$
Somit, wenn die Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) die folgende Formel (12) erfüllt, wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten.
$Φ_{s} \geq \int_{0}^{t} \int_{x}^{t} (\frac{qN (x')}{ε}) dx'dx$
Die Emitterschicht 5A in dem HBT 200 kann gebildet werden, um eine Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) zu haben, welche die Formel (12) erfüllt. Somit wird, wie bei dem HBT 100, der Ledge-Bereich aufgrund des Vorhandseins der unteren Schicht 5a mit einer geringen Konzentration an der Seite der Basisschicht 4 der Emitterschicht 5A als vollständig verarmt beibehalten, selbst wenn die Seite der Kontaktschicht 6 der Emitterschicht gebildet ist, eine höhere Konzentration als die Emitterschicht bei dem aus dem Stand der Technik bekannten HBT zu haben (z.B. 8,8 × 10¹⁷ cm^-3). Das bedeutet, dass die Dotierungskonzentrationsgrenze der Dotierungskonzentration der Emitterschicht erhöht werden kann, selbst, wenn die Emitterschicht durch 3 Schichten gebildet wird, verglichen mit einem aus dem Stand der Technik bekannten HBT. Somit kann die Basis-Emitter-Kapazität des HBT erhöht werden, was zu einer Zunahme der Effizienz der HBT führt.
Die Emitterschicht hat somit anstatt einer zweischichtigen Struktur eine dreischichtige Struktur, um dadurch den Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Konzentrationsverteilung zu verbessern. Zum Beispiel wird die Dotierungskonzentration der Zwischenschicht 5m₁ derart eingestellt, dass die Dotierungskonzentration der oberen Schicht höher als die Dotierungskonzentration der oberen Schicht in dem HBT 100 ist, um dadurch die Basis-Emitter-Kapazität Cbe weiter zu erhöhen. Insbesondere nimmt die Mehrleistungseffizienz um etwa 0,3 % bis 0,5 % zu.
Hierbei ist die Anzahl der Schichten innerhalb der Emitterschicht nicht auf zwei oder dreibeschränkt, und kann vier oder mehr sein. Wenn die Emitterschicht vier oder mehr Schichten umfasst, wie bei den HBTs 100 und 200, wird die Emitterschicht bevorzugt gebildet, eine Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) zu haben, bei der die Dotierungskonzentration schrittweise von der Seite der Basisschicht 4 hin zu der Seite der Kontaktschicht 6 der Emitterschicht erhöht wird.
10 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen bei einem HBT 300 gemäß einer anderen Modifizierung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schaubild aus 10 gibt die Ordinate die Dotierungskonzentration (cm^-3) jeder Schicht an; und die Abszisse gibt eine Tiefe (nm) in 1, in der negativen z-Achsenrichtung, von der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 6 an (die obere Oberfläche in eine Hauptoberfläche auf der positiven Z-Achsenseite der Kontaktschicht 6).
Der HBT 300 ist ein Beispiel, bei dem eine Zwischenschicht innerhalb der Emitterschicht in eine Vielzahl von Schichten unterteilt ist. Insbesondere umfasst eine Emitterschicht 5B eine untere Schicht 5a (unterer Bereich) mit einer vergleichsweise geringen Konzentration, eine obere Schicht 5b (oberer Bereich) mit einer relativ hohen Konzentration, und eine Zwischenschicht 5m₂ (Zwischenbereich), der durch eine Vielzahl von Schichten (zum Beispiel 5 Schichten) zwischen der unteren Schicht 5a und der oberen Schicht 5b aufgebaut ist. Wie bei dem HBT 200 ist die Emitterschicht 5B gebildet, um eine Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) zu haben, bei der die Dotierungskonzentration schrittweise von der Seite der Basisschicht 4 hin zu der Seite der Kontaktschicht 6 der Emitterschicht 5B zunimmt.
Der Zwischenbereich enthaltend die Zwischenschicht 5m₂ ist gebildet, einen höheren Gradienten der Dotierungskonzentration als Bereich der Seite der Kontaktschicht 6 (oberer Bereich) und der Bereich der Seite der Basisschicht 4 (unterer Bereich) zu haben (siehe 10). In diesem Fall ist die Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) ähnlich der Verteilung der Emitterschicht 5 des HBT 100 (also der Emitterschicht mit einer zweischichtigen Struktur). Somit wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten, und die Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit nimmt zu.
11 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen eines HBT 400 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dem Schaubild aus 11 zeigt die Ordinate die Dotierungskonzentration (cm^-3) jeder Schicht an; und die Abszisse zeigt eine Tiefe (nm) in 1, in der negativen Z-Achsenrichtung, von der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 6 an (die obere Oberfläche in eine Hauptoberfläche auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung der Kontaktschicht 6).
Verglichen mit dem HBT 100 in 1 beinhaltet der HBT 400 anstelle der Emitterschicht umfassend die untere Schicht 5a und die obere Schicht 5b eine Emitterschicht 5C (Konzentrationsgradientenschicht), deren Dotierungskonzentration sich kontinuierlich verändert.
Wie in 11 veranschaulicht ist die Emitterschicht 5C derart gebildet, dass die Dotierungskonzentration kontinuierlich (z.B. linear) von der Seite der Basisschicht 4 hin zu der Seite der Kontaktschicht 6 der Emitterschicht 5C zunimmt. Insbesondere beinhaltet die Emitterschicht 5C einen unteren Bereich 5_A1 auf der Seite der Basisschicht 4, einen oberen Bereich 5_B1 auf der Seite der Kontaktschicht 6, und einen Zwischenbereich 5_M1 zwischen dem unteren Bereich 5_A1 und dem oberen Bereich 5_B1. Der untere Bereich 5_A1 (also in der Emitterschicht 5C ein Teil nahe der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht 5C und der Basisschicht 4) ist gebildet, eine relativ hohe Konzentration zu haben (z.B. 2 × 10¹⁷ bis 5 × 10¹⁷ cm^-3. Der obere Bereich 5_B1 (also in der Emitterschicht 5C ein Teil nahe der oberen Oberfläche der Emitterschicht 5C) ist gebildet, eine relativ geringe Konzentration zu haben (z.B. 6 × 10¹⁷ bis 30 × 10¹⁷ cm^-3.
In dieser Ausführungsform, wie bei den HBTs 200 und 300, kann die Dotierungskonzentration N(x) gebildet sein, der Formel (12) zu genügen. Somit wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten, und die Basis-Emitter-Kapazität Cbe ist erhöht.
Somit wird die Emitterschicht von der Vielzahl an Schichten zu einer Konzentrationsgradientenschicht verändert, deren Konzentration sich kontinuierlich verändert, um dadurch den Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) zu verbessern. Zum Beispiel wird die Dotierungskonzentration des Zwischenbereichs 5_M1 derart eingestellt, dass die Dotierungskonzentration des oberen Bereichs 5_B1 höher ist als die Dotierungskonzentration der oberen Schicht bei dem HBT 100, um dadurch die Basis-Emitter-Kapazität Cbe weiter zu erhöhen. Insbesondere, verglichen mit dem HBT 100, wird die Leistungsmehreffizienz um etwa 0,5 % bis 1 % weiter erhöht.
12 ist ein Schaubild, welches die Beziehungen zwischen Schichten und ihren Dotierungskonzentrationen bei einem HBT 500 gemäß einer Modifizierung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bei dem Graph aus 12 gibt die Ordinate die Dotierungskonzentration (cm^-3) jeder Schicht an; und die Abszisse gibt eine Tiefe (nm) in 1, in der negativen Z-Achsenrichtung, von der oberen Oberfläche der Kontaktschicht 6 an (die obere Oberfläche ist eine Hauptoberfläche auf der Seite der positiven Z-Achsenrichtung der Kontaktsicht 6).
Verglichen mit dem HBT 400 in 11 beinhaltet der HBT 500 anstelle der Emitterschicht 5C eine Emitterschicht 5D. Die Emitterschicht 5D beinhaltet eine unteren Bereich 5_A2 auf der Seite der Basisschicht 4, und einen oberen Bereich 5_B2 auf der Seite der Kontaktschicht 6, und einen Zwischenbereich 5_M2 zwischen dem unteren Bereich 5_A2 und dem oberen Bereich 5_B2. Im Gegensatz zum HBT 400 aus 11 ist die Emitterschicht 5D derart gebildet, dass der Gradient der Dotierungskonzentration in dem Zwischenbereich 5_M2 höher als die Gradienten der Dotierungskonzentrationen des unteren Bereichs 5_A2 und des oberen Bereichs 5_Bs sind. Somit ist die Dotierungskonzentrationsverteilung N(x) ähnlich der Verteilung der Emitterschicht 5 (d.h. der Emitterschicht mit der zweischichtigen Struktur) des HBT 100. Entsprechend wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten, und die Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit ist erhöht.
Wie oben beschrieben ist der Gradient der Dotierungskonzentration in der Emitterschicht nicht notwendigerweise linear und kann teilweise konkav oder konvex sein, vorausgesetzt die Dotierungskonzentration wird als im Wesentlichen steigend beibehalten.
Smit wurden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. In jedem der HBTs 100, 200, 300, 400, und 500 sind eine Kollektorschicht, eine Basisschicht, eine Emitterschicht, und eine Halbeliterschicht in dieser Reihenfolge geschichtet, und die Emitterschicht besitzt eine höhere Dotierungskonzentration in einem Teil nahe der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht und der Basisschicht. Daher wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten, selbst wenn die Dotierungskonzentration der Emitterschicht höher festgelegt wird als die Konzentrationsobergrenze N_dMAX(t) der Emitterschicht des aus dem Stand der Technik bekannten HBT. Dementsprechend, während eine Verringerung in dem Stromverstärkungsfaktor verhindert wird, ist die Basis-Emitter-Kapazität des HBT erhöht, u die Effizienz des HBT zu steigern. Zudem kann die Dotierungskonzentration der Emitterschicht in einem Teil nahe der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht und der Basisschicht niedriger festgelegt werden als die Dotierungskonzentration der Emitterschicht des aus dem Stand der Technik bekannten HBT. Somit kann ein HBT bereitgestellt werden, der eine erhöhte Effizienz besitzt und gleichzeitig eine Abnahme in der Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit verhindert.
Die Emitterschicht kann eine Dicke von 20 nm oder mehr und 60 nm oder weniger haben, oder 20 nm oder mehr und 40 nm oder weniger. Hierbei ist die Dicke der Emitterschicht nicht auf diese Bereiche beschränkt.
Bei den HBTs 100, 200, und 300 ist die Emitterschicht durch eine Vielzahl von Schichten beinhaltend eine untere Schicht 5a und eine obere Schicht 5b mit einer höheren Dotierungskonzentration als die untere Schicht 5a aufgebaut. Hierbei ist die Ausgestaltung der Emitterschicht nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Bei den HBTs 100, 200, und 300 kann die obere Schicht 5b eine Dicke von 5 nm oder mehr und 26/(t/30) nm oder weniger haben. In diesem Fall wird eine Zunahme in dem Widerstandswert unterbunden und eine Verschlechterung der HBT-leistung wird verhindert.
Bei den HBTs 100, 200, und 300 ist die Dotierungskonzentration der oberen Schicht 5b nicht spezifisch beschränkt, und kann zum Beispiel 7,5 × 10¹⁷ cm^-3 oder mehr betragen.
Bei den HBTs 200 und 300 beinhaltet die Emitterschicht zwischen der unteren Schicht 5a und der oberen Schicht 5b die Zwischenschicht 5_m1 oder 5_m2, die eine Dotierungskonzentration besitzt, die höher ist das die Dotierungskonzentration der unteren Schicht 5a und niedriger ist als die Dotierungskonzentration der oberen Schicht 5b. Dies verbessert der Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Dotierungskonzentrationsverteilung. Dementsprechend, verglichen mit dem HBT 100, kann die Dotierungskonzentration der oberen Schicht 5b weiter erhöht werden, und dadurch die Basis-Emitter-Kapazität Cbe weiter zu erhöhen.
Bei den HBTs 400 und 500 beinhaltet die Emitterschicht eine Konzentrationsgradientenschicht, deren Dotierungskonzentration sich von der Seite der Basisschicht hin zur Seite des Halbleiters der Konzentrationsgradientenschicht kontinuierlich verändert. Dies verbessert den Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Dotierungskonzentrationsverteilung. Dementsprechend, verglichen mit dem HBT 100, kann die Dotierungskonzentration des oberen Bereichs der Emitterschicht weiter erhöht werden, um dadurch die Basis-Emitter-Kapazität Cbe weiter zu erhöhen.
Bei den HBTs 200, 300, 400, und 500 ist die Formel (12) erfüllt, bei der t (nm) die Dicke der Emitterschicht darstellt; × (nm) einen Abstand in der Konzentrationsgradientenschicht darstellt, von der Grenzfläche zwischen der Emitterschicht und der Halbleiterschicht; N(x) die Dotierungskonzentrationsverteilung der Konzentrationsgradientenschicht darstellt; Φ_s das Flächenpotential der Emitterschicht darstellt; ε die dielektrische Konstante der Emitterschicht darstellt; und q eine Elektronenelementarladung darstellt. In diesem Fall wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten, selbst wenn die Dotierungskonzentration der Emitterschicht höher festgelegt wird als diejenige des aus dem Stand der Technik bekannten HBT.
Bei den HBTs 300 und 500 beinhaltet die Emitterschicht einen unteren Bereich, einen Zwischenbereich, und einen oberen Bereich, in dieser Reihenfolge von der Seite der Basisschicht hin zur Halbleiterschichtseite der Emitterschicht; und der Zwischenbereich besitzt einen höheren Gradienten der Dotierungskonzentration als der untere Bereich und der obere Bereich. In diesem Fall hat die Emitterschicht eine Dotierungskonzentrationsverteilung ähnlich derjenigen der zweilagigen Struktur. Dementsprechend wird der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten, und die Basis-Emitter-Sperrspannungsfestigkeit kann erhöht sein.
Der HBT 100 genügt Formel (7), bei der t(nm) die Dicke der Emitterschicht 5 darstellen, t_H (nm) die Dicke der oberen Schicht 5b darstellt; N_dL (cm^-3) die Dotierungskonzentration der unteren Schicht 5a darstellt; N_dH (cm^-3) die Dotierungskonzentration der oberen Schicht 5b darstellt; Φ_s das Flächenpotential der Emitterschicht 5 darstellt; ε die dielektrische Konstante der Emitterschicht 5 darstellt; und q eine Elektronenelementarladung darstellt. In diesem Fall, kann der Ledge-Bereich als vollständig verarmt beibehalten werden, selbst, wenn die Emitterschicht gebildet ist, um eine höhere Dotierungskonzentration als bei dem aus dem Stand der Technik bekannte HBT zu haben.
Bei den HBTs 100, 200, 300, 400, und 500 ist der zweite Bereich e2 der Emitterschicht vollständig verarmt. In dieser kann wird die Erzeugung eines leitenden Bereichs in dem Ledge-Bereich vermieden. Daher, während eine Verringerung des Stromverstärkungsfaktors unterbunden wird, haben die HBTs eine erhöhte Effizienz.
Hierbei beschreibt diese Anmeldung manche Ausführungsformen, bei denen die Emitterschicht mehrere Schichten mit verschiedenen Dotierungskonzentrationen oder eine Konzentrationsgradientenschicht beinhaltet, deren Dotierungskonzentrationen sich kontinuierlich verändert. Jedoch ist die Struktur der Emitterschicht nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Zum Beispiel kann die Emitterschicht gebildet sein, um eine Kombination aus einer solchen Vielzahl von Schichten und einer solchen Konzentrationsgradientenschicht zu beinhalten.
Die Kombination der Materialien für die Emitterschicht 5 und die Basisschicht 4 ist nicht auf die oben beschriebene Kombination von InGaP und GaAs beschränkt. Andere Beispiele solcher Kombinationen für Heteroübergänge beinhalten AlGaAs und GaAs; InP und InGaAs; InGaP und GaAsSb; InGaP und InGaAsN; Si und SiGe; und AlGaN und GaN.

Claims

Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500), aufweisend: eine Kollektorschicht (3, 103), eine Basisschicht (4, 104), eine Emitterschicht (5, 105), und eine Halbleiterschicht (6, 106), die in der Reihenfolge geschichtet sind, wobei die Emitterschicht (5, 105) einen ersten Bereich (e1) mit einer oberen Oberfläche, auf der die Halbleiterschicht (6, 106) geschichtet ist, und einen zweiten Bereich (e2), der an den ersten Bereich (e1) angrenzt und eine freiliegende obere Oberfläche hat, beinhaltet, und die ersten (e1) und zweiten Bereiche (e2) der Emitterschicht (5, 105) höhere Dotierungskonzentrationen in Teilen nahe der oberen Oberflächen haben als in Teilen nahe einer Grenzfläche zwischen der Emitterschicht (5, 105) und der Basisschicht (4, 104).
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 1, wobei die Emitterschicht (5, 105) eine Dicke von 20 nm oder mehr und 60 nm oder weniger besitzt.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Emitterschicht (5, 105) eine Dicke von 20 nm oder mehr und 40 nm oder weniger besitzt.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die ersten (e1) und zweiten Bereiche (e2) der Emitterschicht (5, 105) eine Vielzahl von Schichten beinhaltend eine untere Schicht (5a, 105a) und eine obere Schicht (5b, 105b), die näher an der Halbleiterschicht (6, 106) als an der unteren Schicht (5a, 105a) geschichtet ist, beinhalten, und die obere Schicht (5b, 105b) eine Dotierungskonzentration hat, die höher als die Dotierungskonzentration der unteren Schicht (5a, 105a) ist.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 4, wobei die obere Schicht (5b, 105b) eine Dicke von 5 nm oder mehr und 26/(t/30) nm oder weniger besitzt, mit t (nm) als Dicke der Emitterschicht (5, 105).
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach Anspruch 4 oder 5, wobei die obere Schicht (5b, 105b) eine Dotierungskonzentration von 7,5 × 10¹⁷ cm^-3 oder mehr besitzt.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die ersten (e1) und zweiten Bereiche (e2) der Emitterschicht (5, 105) eine Zwischenschicht (5m₂, 5m₁) zwischen der unteren Schicht (5a, 105a) und der oberen Schicht (5b, 105b) beinhalten, und die Zwischenschicht (5m₂, 5m₁) eine Dotierungskonzentration besitzt, die höher als die Dotierungskonzentration der unteren Schicht (5a, 105a) und niedriger als die Dotierungskonzentration der oberen Schicht (5b, 105b) ist.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die ersten (e1) und zweiten Bereiche (e2) der Emitterschicht (5, 105) eine Konzentrationsgradientenschicht (5C) beinhalten, deren Dotierungskonzentration sich von einer Basisschichtseite hin zu einer Halbleiterschichtseite der Emitterschicht (5, 105) kontinuierlich verändert.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, erfüllend $Φ_{s} ≧ \int_{0}^{t} \int_{x}^{t} (\frac{qN (x')}{ε}) dx'dx$
wobei t (nm) eine Dicke der Emitterschicht (5, 105) darstellt; × (nm) einen Abstand von einer Grenzfläche zwischen der Emitterschicht (5, 105) und der Halbleiterschicht (6, 106) darstellt; N(x) eine Dotierungskonzentrationsverteilung der Emitterschicht (5, 105) darstellt; Φ_s ein Flächenpotential der Emitterschicht (5, 105) darstellt; ε eine dielektrische Konstante der Emitterschicht (5, 105) darstellt; und q eine Elektronenelementarladung darstellt.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei die Emitterschicht (5, 105), von einer Basisschichtseite hin zu einer Halbleiterschichtseite der Emitterschicht (5, 105), einen unteren Bereich (5a, 105a), einen Zwischenbereich (5C), und einen oberen Bereich (5b, 105b) beinhaltet, und der Zwischenbereich einen höheren Gradienten einer Dotierungskonzentration als der untere Bereich (5a, 105a) und der obere Bereich (5b, 105b) besitzt.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, erfüllend $Φ_{s} \geq \frac{q N_{d H} t_{H}^{2}}{2 ε} + \frac{q N_{d L} (t^{2} - t_{H}^{2})}{2 ε}$
wobei t (nm) eine Dicke der Emitterschicht (5, 105) darstellt; t_H (nm) eine Dicke der oberen Schicht (5b, 105b) darstellt; N_dL (cm^-3) die Dotierungskonzentration der unteren Schicht (5a, 105a) darstellt; N_dH (cm^-3) die Dotierungskonzentration der oberen Schicht (5b, 105b) darstellt; Φs ein Flächenpotential der Emitterschicht (5, 105) darstellt; ε eine dielektrische Konstante der Emitterschicht (5, 105) darstellt; und q eine Elektronenelementarladung darstellt.
Bipolartransistor mit Heteroübergang (100, 200, 300, 400, 500) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der zweite Bereich (e2) der Emitterschicht (5, 105) vollständig verarmt ist.