JP2002076012A - ヘテロ接合バイポーラトランジスタ - Google Patents

ヘテロ接合バイポーラトランジスタ

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JP2002076012A
JP2002076012A JP2000254880A JP2000254880A JP2002076012A JP 2002076012 A JP2002076012 A JP 2002076012A JP 2000254880 A JP2000254880 A JP 2000254880A JP 2000254880 A JP2000254880 A JP 2000254880A JP 2002076012 A JP2002076012 A JP 2002076012A
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Shigeaki Ikeda
成明 池田
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Furukawa Electric Co Ltd
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Furukawa Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 GaAsSbからなるベース層を有し、か
つ、高いfT を実現することができるHBTを提供す
る。 【解決手段】 半導体基板1上に少なくともInPから
なるコレクタ層3、p型GaAsSbからなるベース層
4、前記ベース層4よりもバンドギャップの大きな3−
5族化合物半導体からなるn型エミッタ層5が順次積層
されたヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前
記コレクタ層3は、ベース層4側からアンドープInP
層3c、p型InP層およびn型InP層からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、3−5族化合物半
導体からなるヘテロ接合バイポーラトランジスタ( 以
降、HBTと称する) の構造に関する。
【0002】
【従来の技術】HBTは、エミッタ層を形成する半導体
のバンドギャップエネルギーをベース層のそれよりも大
きくすることにより、ベース層からエミッタ層へのホー
ルの逆注入を抑え、通常のホモ接合バイポーラトランジ
スタに比べて、電流注入効率を高くすることができる素
子である。そのため、ベース層のキャリア濃度を高く設
定して、ベース抵抗を小さくすることができる。したが
って、ベース抵抗の1/2乗に逆比例する最大発信周波
数(高速性を示す指標の一つ)を向上させることが可能
となる。また、HBTは、コレクタ層に注入された“ho
t-electron"のバリスティックな伝導を用いることによ
り、マイクロ波・ミリ波への応用あるいは超高速光通信
における超高速電子デバイスとして、充分なポテンシャ
ルをもっていることが示されている。
【0003】このように、HBTは高速性を有するトラ
ンジスタとして実用化されている。特に、InP系HB
Tは、GaAs系と比較して材料中を走行する電子速度
が速いことから、さらなる高速性が期待されている。従
来、高速性に優れたInP系HBTでは、ベース層には
InGaAsが用いられていたが、最近になり、製造プ
ロセス上の様々な利点を有するGaAsSbがベース層
の材質として注目されている。例えば、ベース層にGa
AsSbを用い、エミッタ層、コレクタ層に共にInP
を用いた低消費電力のHBTが報告されている(文献1
参照)。 文献1:Elctr. Lett. Vol.34 No.17 (1998) 1700-170
2.
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、p型G
aAsSbをベース層に、アンドープInPをコレクタ
層に用いた場合、バンド構造的には、図3に示すよう
に、ベース層4はコレクタ層3に対して、ΔEC =+
0.18eVのバンドオフセットを生じる。そのため、
トランジスタの高速性を示す指標の一つである電流利得
遮断周波数fT が劣り、高周波特性が伸びないという問
題があった。
【0005】上述の問題は、以下のように説明できる。
即ち、ベース層4からコレクタ層3中に注入された電子
は、拡散によってコレクタ電流となるが、ベース層4と
コレクタ層3の間に生じる電界によって、伝導帯のエネ
ルギー的に低いΓバレー(谷)を拡散した電子の一部
は、見かけ上、より高いエネルギーをもつ伝導帯Lバレ
ーに散乱される確率が増加する。ところが、Γバレーと
Lバレーでは電子の有効質量が異なり、Lバレーの電子
の有効質量はΓバレーよりも大きくなっているため、L
バレーにおいて散乱を受けた電子は速度が低下し、コレ
クタ層3中の走行時間が長くなり、高速性が阻害され
る。
【0006】本発明は、コレクタ層3中において、キャ
リア電子が有効質量の小さなΓバレーをできるだけ走行
するようにし、コレクタ層3中の走行時間を短くしたH
BTを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決すべくなされたもので、半導体基板上に少なくともI
nPを含むコレクタ層、p型GaAsSbからなるベー
ス層、前記ベース層よりもバンドギャップの大きな3−
5族化合物半導体からなるn型エミッタ層が順次積層さ
れたヘテロ接合バイポーラトランジスタにおいて、前記
コレクタ層は、ベース層側からアンドープ層、p型層お
よびn型層を有することを特徴とするものである。
【0008】本発明の特徴は、例えば図2の実線で示す
ように、コレクタ層3の構造をベース層4側からアンド
ープInP層3c/p型InP層3b/n型InP層3
aとすることにより、コレクタ層3の伝導帯底の電界を
従来(点線で示す)よりも緩和し、ベース層4から注入
された少数キャリア電子がΓバレーを走行するようにし
て、コレクタ層3中の電子走行時間を短縮させたことで
ある。その結果、従来のアンドープInPで構成したコ
レクタ層を用いた場合に比べて、高いfT を実現するこ
とができる。したがって、本発明によれば、InPコレ
クタ層/ GaAsSbベース層の製造プロセス上の利点
を維持しながら、高速特性をも実現することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明にかかるH
BTの一実施形態を示す断面図である。このHBTに用
いたエピタキシャル層積層基板は、MBEあるいはMO
CVD法によって、半絶縁性(100)InP基板1上
に、コレクタ層3にオーミック性接触を形成するための
n型不純物を高濃度に含むn型InGaAsからなるサ
ブコレクタ層2(膜厚300nm、キャリア濃度5×1
18cm-3)、コレクタ層3、組成傾斜型p型GaAs
Sbベース層4、n型不純物を含むIn0.53Al 0.47
sからなるエミッタ層5(膜厚50nm、キャリア濃度
3×1017cm-3)、n型不純物を高濃度に含むIn
0.53Ga0.47-yAly Asからなるエミッタ組成傾斜層
6(膜厚100nm、キャリア濃度1×1018
-3)、エミッタ組成傾斜層6にオーミック接触をとる
ためのn型不純物を高濃度に含むIn0.53Ga0.47As
からなるエミッタキャップ層7(膜厚50nm、キャリ
ア濃度2×1019cm-3)を順次積層したものである。
【0010】本実施形態が従来例と異なる特徴的なこと
は、コレクタ層3がサブコレクタ層2側からn型不純物
を高濃度に含むn型InP層3a(膜厚80nm、キャ
リア濃度2×1019cm-3)、p 型不純物を高濃度に含
むp型InP層3b(膜厚20nm、キャリア濃度2×
1018cm-3)、およびアンドープInP層3c(膜厚
200nm、キャリア濃度<1×1016cm-3)の3層
からなることである。また、組成傾斜型p型GaAsS
bベース層4(膜厚50nm、キャリア濃度5×1019
cm-3)は、p型不純物(例えばカーボン等)を高濃度
に含み、GaAsSbの組成を、例えばコレクタ層3に
接した面では、InPに格子整合するGaAs0.5 Sb
0.5 よりもバンドギャップの小さな組成にしたGaAs
0.44Sb0.56から、徐々にエミッタ層5側に向かって5
族であるSbの組成比Sb/(As+Sb)を減少させ
ていき、即ちバンドギャップを大きくしていき、エミッ
タ層5に接した面では、InPに格子整合する組成であ
るGaAs0.5 Sb0.5からなる。
【0011】本実施形態は、図2に示すようなバンド構
造を有し、コレクタ層3の伝導帯底が従来(点線で示
す)よりも持ち上がり、ベース層4近傍の伝導帯底の電
界が緩和されている。
【0012】上記エピタキシャル層積層基板を用いて、
本実施形態のHBTを以下の作製方法で作製した。即
ち、 1)先ず、耐熱性に優れたWSiをエミッタキャップ層
7の全面に成膜する。次いで、レジストマスク等を用い
て選択的にエミッタ領域を規定して、例えばSF 6 等の
ガスを用いたエッチングを行い、エミッタ電極8aを形
成するとともに、エミッタキャップ層7を露出させる。 2)次に、エミッタ電極8をマスクに、ウェットエッチ
ングにより、エミッタキャップ層7、エミッタ組成傾斜
層6およびエミッタ層5を順にエッチングして除去し、
ベース層4を露出させる。 3)次いで、Ti/Pt/Auを全面に蒸着し、レジス
ト等を用いてベース電極領域を規定した後に、ベース層
4およびコレクタ層3を例えばウェットエッチングによ
りサブコレクタ層2まで除去し、ベース電極9を形成す
るとともに、サブコレクタ層2を露出させる。なお、T
i/Pt/Auはエミッタ電極8a上にも蒸着され、エ
ミッタ電極8bとなる。 4)次いで、Ti/Pt/Auからなるコレクタ電極1
0をリフトオフ法によりサブコレクタ層2上に形成す
る。 5)最後に素子分離を行い、個別の素子とする。
【0013】本実施形態について、fT を測定したとこ
ろ、80GHzが得られた。一方、従来のアンドープコ
レクタ層を用いたものは、fT が60GHzであり、ま
た、ベース層にInGaAsを用いたものは、70GH
zであった。このことより、本実施形態は、高いfT
有し、高速性に優れていることがわかる。
【0014】またこの実施例は、コレクタ層を全てIn
Pにした構成であるが、コレクタ層全てをInPで構成
する必要はない。例えば、ベース層側すなわちアンドー
プ層、p型層がGaAsSb、n型層がInPであるコ
レクタ層を用いた構成にしてもなりたつ。また同様にア
ンドープ層だけにGaAsSbを用い、p層、n層がI
nPであるコレクタ層を用いた構成にしても成り立つこ
とはいうまでもない。すなわち、コレクタ層の一部、好
ましくはサブコレクタ層側が少なくともInPを含む構
成になっていればよい。なお、上記実施例はエミッタ層
にInAlAsを用いたが、エミッタ層にInPを用い
た系のHBTにおいても成り立つことは言うまでもな
い。また、GaAsSbからなるベース層の組成を傾斜
させず、均一組成にしたものについても成り立つことは
言うまでもない。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、G
aAsSbからなるベース層を有するHBTにおいて、
高いfT を実現することができるという優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るHBTの一実施形態の断面図であ
る。
【図2】上記実施形態のバンド構造を示す図である。
【図3】従来のHBTのバンド構造を示す図である。
【符号の説明】
1 InP基板 2 サブコレクタ層 3 コレクタ層 3a n型InP層 3b p型InP層 3c アンドープInP層 4 ベース層 5 エミッタ層 6 エミッタ組成傾斜層 7 エミッタキャップ層 8a、8b エミッタ電極 9 ベース電極 10 コレクタ電極

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に少なくともInPを含む
    コレクタ層、p型GaAsSbからなるベース層、前記
    ベース層よりもバンドギャップの大きな3−5族化合物
    半導体からなるn型エミッタ層が順次積層されたヘテロ
    接合バイポーラトランジスタにおいて、前記コレクタ層
    は、ベース層側からアンドープ層、p型層およびn型層
    を有することを特徴とするヘテロ接合バイポーラトラン
    ジスタ。
JP2000254880A 2000-08-25 2000-08-25 ヘテロ接合バイポーラトランジスタ Pending JP2002076012A (ja)

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